转子-轴承-密封系统的多因素动力行为研究

１ 转 子一 承一 轴 密封 系 统 动 力 学 方 程
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采 用 短 轴 承 支 撑 的 刚 性 Ｊｆ ｏｔ 子． １ ｅｆ ｔ 转 ｃ 图
为转子 一 圆盘 机 械 密封 系统 ， 定 转 子 为 单 圆 盘 假 系统 ， 端 支撑在 滑动 轴 承上 ， 两 油膜 力 ， 作 用
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０ ０８Ｐ Ｓ 圆盘左侧转 轴刚度 ｋ 为 １ ０ Ｎ／ ． １ ａ・ ， ×ｉ ｍ； 右侧转 轴 刚度 ｋ 为 １ ０ ×１ Ｎ／ ｍ． 以右轴 承为 例分 析 ， ２为 轴颈 中心 分岔 图 ， 图 当转速 过低 时 ， 子作 周期运 动 ， 转 叫一１ ０ｒｄ ｓ时 ５ ａ ／ 的轴 心 轨 迹 图 ， ｏｎ ａｅ映 射 图 如 图 ３所 示． ｐ ｉｃｒ 当
关 键 词 ： 力 传 动 系统 ； 力 学 模 型 ； 动 稳 定 性 ； 动 动 动 运 振
中 图 法 分 类 号 ： ６ ． Ｕ６ ４ ２ ｄ ｉ １ ． ９ ３ ｊｉｓ ． ０ ５３ ４ ． ０ ２ ０ ． ４ ｏ ： ０ ３ ６ ／．ｓｎ ２ ９ ８ ４ ２ １ ． ４ ０ １
转子一 轴承一 密封 系统 中， 多影 响转 子 系统 的 诸 动力学行为及其振动状态 的因素 已经逐渐得 到人 们
摘 要 ： 立 了转 子 一 承一 封 动 力 学 模 型 ， 过 数 值 积分 模 拟 方 法 ， 究 了轴 系 对 中偏 心 、 承 支 承 建 轴 密 通 研 轴 润滑特性 、 密封 力 等 动 态 因 素 对 系 统 振 动 的影 响 ， 运 动 行 为 和 各 因 素 对 系 统 运 动 稳 定 性 的影 响 ， 其 得 出 了 各 种 因 素 与 系 统 运 动 行 为 之 间 的相 互 关 系 ．
程 版 ， Ｏ １，５ ３ ：５ ５５ ８ ２ １ ３ （ ） ９— ９ ．
定 性 和 Ｈｏ ｆ 岔 ［］ ｐ分 Ｊ ．振 动 工 程 学 报 ， ９ ７ １ （ ） １ ９ ，０ ３ ：
ｍ３ ＋ Ｃ ＋ ｌＹ — Ｙ ） ＾ ＋ Ｆ — ｍ３ １ （ａ ２一 ｒ ｇ
收 稿 日期 ：０ ２０ —５ ２ １ ３２ 王 ｝ １ ７一） 讲 师 ， 要 研 究 领 域 为 船 舶 机 械 与 油 气 运 输 等 叟（ ９ ０ ： 主 国 家 自然 科 学 基 金 项 目资 助 （ 准 号 ：０ ７ １２ 批 ５ ６５ ６ ）
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轴 颈 问隙为 ０ ２ｍｍ； ． 圆盘质量 偏 心 为 ０ ０ ． ６ｍｍ； 轴 承结 构阻 尼 ｃ 为 ５０ ０Ｎ ・ ０ Ｓ・ｍ ； 圆盘结 构 阻尼 ｃ 为 ２０ ０Ｎ ・Ｓ・ｒ ； 滑 介 质 粘 度 为 ０ ｎ 润
的重视 ， 对于诸 如发 电机组 、 船舶推 进轴系等 旋转机 械， 其中的动密封 装置 ， 如迷 宫密 封 、 例 机械 端 面密
式 中 ： 为 左 轴 承 处轴 颈 质 量 ；
为圆盘质量 ；
ｍ。 为右 轴承 处 轴 颈 质 量 ．１ ｃ 别 是 轴 承 与 圆 ｆ， 分 盘处 结 构阻 尼 ； ，。分 别 为 圆 盘 两 侧 转 轴 的刚 是
［］ Ｊ．航 空 动 力 学 报 ， ０ ７ ２ （ ） １３ ２ ０ ， ２ ５ ：－．
［ ］ 陈予 恕 ， ３ 于 千 ， 书 军 ．非 线 性 转 子一 封 系 统 的 稳 侯 密
［ ２ 杨 令 康 ， 汉 华 ， 立 峰 ．转 子 一 承 系 统 的 润 滑 与 碰 ７ 朱 贺 轴
摩特性分析［］ Ｊ．武 汉 理 工 大 学 学 报 ： 通 科 学 与 工 交
第 ３ 卷 第 ４期 ６
２ ２年 ８月 ０１
武 汉理 工大 学学 报 （ 交通科 学 与工 程版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｕ ａ ｉｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｆＷ ｈ ｎ Ｕｎ ｖ ｒｉｙ ｏ ｃ ｎ ｌｇ
（ ａ ｓ ｏ ｔ ｔ ｎ Ｓ ｉｎ ｅ ＆ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ） Ｔｒ ｎ ｐ ｒａｉ ｃｅ ｃ ｏ ｇｎ ｅｉｇ
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图 ３ 轴 颈 中 心轨 迹 图 、ｏｎ ａｅ 射 图 （ ｐ ｉｃｒ 映
・
８２ ３ ・
武汉理工大学学报（ 通科 学与工程版） 交
２１ 年 ０２
第 ３ ６卷
［］徐 ４
参 考 文 献
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在 左轴 承处 轴颈 上 ， 油膜 力 ， ， 封 力 Ｆ ， 密 ｘＦ
作 用在 右轴 承处轴 颈 上．
ｍ ｌ ＋ ＣＸ ｌ Ｘｌ １ ＋ ｌ Ｘ１ Ｘ２ （ 一 ）一 ｆ ｘ
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心 轨迹 图 ， ｏｎ ａｅ映 射 图 如 图 ８所 示 ， ｐ ｉｃｒ 当 一
ｍ １Ｊ ｏ
６ ５ｒｄ ｓ时 ， ２ ａ ／ 转子 进入 拟周 期运 动 ， 心轨 迹 图 ， 轴
ｐ ｉｃｒ ｏｎ ａｅ映射 图如 图 ９所示 ．
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＋ Ｃ ２
＋ １ Ｙ２一 Ｙ１ （ ）＋
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式 ： 为。 ｅｌ Ｓ ｃ （） 中 ｗ ｓｍｆ Ｗ ｓ ｍｒ ｅ ｄ， Ｌ ×
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（ ｙ２一 Ｙ３ ）一 ｍ２ ｗ ｓｎ （ ）一 ｍ２ ｉ ｃ ｒ ｏｔ
Ⅲ３ ＋ Ｃ Ｘ３ Ｘ３ １ ＋ １ Ｘ３一 Ｘ２ （ ）一 ｘ＋ Ｆｘ
Ｖｏ ． ６ Ｎｏ ４ １３ ．
Ａ ｕｇ． ２ ２ ０１
转 子一 承一 封 系统 的 多 因素 动力 行 为研 究 ＊ 轴 密
王 瞍 。 帅 健
（ 汉 理 工 大 学 能 源 与 动 力 工 程 学 院” 武 汉 武
刘 焰 明”
北京 １ ２４ ） ０ ２ ９
４ ０ ６ ） （ 国 石 油 大 学 机 电学 院 ３ ０ ３ 中
为 圆盘位 移 ； 。 ｚ， 。为 右 侧 轴 颈 位 移 ； ｒ为 圆盘 质
量偏 心距 ； 为转 子转 动角 速 度． ， 为动 静 环 Ｆ
之 间液膜 对转 轴 ｘ ， Ｙ方 向 的合力 ．
本文 中， 密封力 采用 Ｍｕ ｚ ｎ ｋ 模 型． ｓｙ ｓ ａ 油膜力 ， 采 用 短 轴 承 非 线 性 油 膜 力 模 － 厂 型 ， 达式 为 表
・
８０ ３ ・
武汉理工大学学报（ 通科学与工程版） 交
２１ ０ ２年
第３ ６卷
３
３
数 值 计 算 结 果 分 析
ｚ
其中： ｎ Ⅱ
．
假定 系统 的参 数 ： 为 １ ０ｋ ； 为 ８ ｇ ｍ１ ０ ｇ ｍ２ Ｏｋ ｍ。为 ３ ０ ｋ ； 轴 承 半 径 为 ４ ０ ｇ 右 ０ ｍｍ、 度 为 长 ２ ０ｍｍ； 轴 承 半 径 为 ６ ０ 左 ０ ｍｍ、 度 为 ６ 长 ０ ｍｍ；
１ ２２１ １ ４． — ２２
［］ 李 松 涛 ， 庆 余 ．迷 宫 密 封 一 动 轴 承 一 子 系 统 的 非 １ 许 滑 转 线 性 动 力 稳 定 性 ［］ Ｊ ．航 空 学 报 ，０ ３ ２ （ ） １５ ２０ ，４ ３ ：－．
［］ 叶建槐 ， 占生． ２ 刘 非线 性转子一 密封系统稳定性 与分岔
华， 朱
均 ． 械 密 封 对 转 子 轴 承 系统 动 力 学 性 机
能 的 影 响 ［］ 西 安 交 通 大 学 学 报 ，０ ４ ３ （ ） ｌ３ Ｊ． ２ ０ ，８ ７ ：＿．
Ｅ ］ 李 永 ． 子 轴 承 一 封 系 统 的 非 线 性 振 动 与 分 岔 ５ 转 密 ［ ］ 大 连 ： 连 理 工 大 学 ，０ ７ Ｄ． 大 ２０． ［］武新华 ， ６ 张新 江 ， 小 平 ， ． 性 转 子 一 承 系 统 的 非 薛 等 弹 轴 线性动力 学研 究 Ｅ］ 中国机 械 工程 ，０１ １（ １ ： Ｊ． ２ ０ ， ２ １ ）
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ｃ ｃ０ Ｌｍ
期 运动 ， 心 轨 迹 图 ， ｏｎ ａｅ映 射 图 如 图 ７所 轴 ｐ ｉｃｒ
，
则 得 下 式
示 ， 一４ １ｒｄ ｓ时 ， 子 进入 倍周 期 运动 ， 当 ８ ａ ／ 转 轴
度 ； 为轴 承 间隙 ； ， 为 左 侧 轴 颈位 移 ； 。 Ｃ ｚ，
封等， 已有一 些学 者进行 了相关 的研 究口］ 而机 械 。，
端面密封对于转子振动特性 的研究 鲜见文献资料 报 道， 但是 ， 机械密封动静 环之 间的密封 液膜产生 的密 封力对转子动力学行为 的影 响是不容 置疑 的＿ ］本 ４． 。 文将 就转 子一 轴承～ 封 系统开 展相 关研 究． 密
２ ７ｒｄ ｓ ， 子进 入拟 周期运 动 ， ４ ａ ／ 时 转 其轴 心 轨
迹 图 ， ｏｎ ａｅ映 射 图 如 图 ４所 示 ， ６— ３ ０ ｐ ｉｃｒ 当 ０ ３ ｒｄ ｓ时 ， 子 进 入 ３倍 周 期 运 动 ， 心 轨 迹 图 ， ａ／ 转 轴 ｐ ｉｃｒ ｏｎ ａｅ映射 图如 图 ５ 示 ， （ ６ ａ ／ 时 ， 所 当 Ｕ 一３ １ｒｄ ｓ 转 子进入 混沌 运动 ， 心轨 迹 图 ， ｏｎ ａｅ映射 图 轴 ｐ ｉｃｒ 如 图 ６所示 ， 当 一４ ４ｒｄ ｓ ， ６ ａ ／ 时 转子 进入 ５ 周 倍
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其 中 ： 为润 滑 油 粘 度 ；。为 轴 承 半 径 间 隙 ； 为 ｃ Ｌ 轴承 长度 ； 为轴 承半径 ； ， 为 量 纲一 的量 油 Ｒ ｆ 膜力 分量 ． 将上 述表 达式代 入式 （ ） ， １ 中 引入 量 纲一 的量
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图 １ 非 线 性 转 子 一 承一 封 系 统 轴 密
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