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涡轮增压器转子-浮环轴承系统不平衡振动特性研究
| 论文题名： | 涡轮增压器转子-浮环轴承系统不平衡振动特性研究 |
| 关键词： | 汽车发动机;涡轮增压器;转子-浮环轴承系统;不平衡振动 |
| 摘要： | 针对高速涡轮增压器转子组成零部件所属材料非均匀性、加工装配偏差、叶轮运行中的磨损和不均匀积碳易造成随机不平衡现象，以及在许用残余不平衡条件下，浮环轴承制造公差引起同批次轴承不同的内外极限间隙，导致浮环轴承内外油膜动力特性系数变化，引起同类型涡轮增压器转子振动、噪声加剧，影响汽车涡轮增压器本身质量以及整机NVH性能。因此，本论文开展涡轮增压器转子-浮环轴承系统不平衡振动特性研究，掌握涡轮增压器转子不平衡振动规律，以控制或减少转子振动，保障其安全高效健康运行。本文主要内容如下： 1)介绍了高速涡轮增压器的结构特点，分析了涡轮增压器转子不平衡振动特性方面研究现状。以某型汽油机涡轮增压器为例，推导出含浮环轴承和不平衡激励的涡轮增压器转子动力学方程，构建涡轮增压器转子-轴承系统动力学有限元模型，开展涡轮增压器转子临界转速与振型、稳态不平衡响应分析和非线性瞬态响应分析。总结出正常转子和不平衡转子在低转速时均表现为线性特性，在高转速时表现出明显的非线性特性，不平衡量可以抑制非同步振动成分，减小转子振动。 2)针对涡轮增压器不平衡振动特性复杂以及浮环轴承制造公差极限间隙的问题，采用有限元法研究了不平衡位置、不平衡大小、不平衡相位差以及不平衡下轴承制造公差间隙对涡轮增压器转子动力学特性的影响规律，提出在设计和制造阶段，通过合理控制不平衡的施加位置、不平衡大小、不平衡相位以及轴承制造间隙，可实现转子振动和非同步振动成分的有效减小或抑制。 3)针对涡轮增压器双悬臂转子结构特点以及叶轮存在随机不平衡量的问题，设计搭建双悬臂转子实验台，采用升速和定转速测试方法研究油膜轴承支承的双悬臂转子横跨2阶临界转速的不平衡振动响应特性。结果表明不平衡是影响双悬臂转子系统响应的关键因素，设计时需更加关注不平衡位置的影响，该分析结论可为双悬臂转子动力学参数设计以及有效避免高频共振区域提供借鉴和参考。 4)实际工况涡轮增压器转子实验台的搭建与不平衡激励下振动特性实验验证。自主设计搭建25000r/min涡轮增压器转子实验台，研究涡轮增压器转子在25000r/min转速范围内的不平衡振动特性，采用B&K系统对4种不平衡大小下的涡轮增压器转子进行振动测试，分析振动数据得到各测点的时频特性，所得实验结果与仿真分析结果基本一致，论文结论对涡轮增压器生产制造、动力学设计和振动控制具有一定的参考价值。 |
| 作者： | 王龙凯 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 李学军;宾光富 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南科技大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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