277 / 2021-06-08 00:16:10

涡轮增压器转子-浮环轴承耦合系统润滑及稳定性分析

汽车涡轮增压器中小型轻质转子-浮环轴承系统的工作转速可达100,000至300,000 rpm，但高速下动压流体膜的强非线性作用和转子固有的不平衡效应可能导致油膜涡动、振荡、跳跃和混乱等不利的复杂动力学现象。从摩擦学和动力学耦合的角度出发，基于Reynolds方程和有限差分法计算不同热力学条件下双层流体润滑膜的瞬态作用压力，提出一种考虑浮环轴承热平衡和黏温效应的非线性油膜力模型，然后根据D’Alembert原理和传递矩阵法建立了浮环轴承支撑的涡轮增压器转子动力学模型。转子的运动微分方程组使用Gear反向差分法数值计算，并运用相轨迹、Poincare映射、FFT频域响应和分岔图等非线性动力学分析方法，探究了如何通过转子不平衡补偿和轴承设计参数调节来避免高转速需求下非线性流体膜诱发的系统失稳。结果表明，增加转子不平衡或减小轴承间隙能有效地抑制相对低转速区的次同步油膜涡动。高转子转速时，这种效应通过准周期分岔的形式阻止转子进入混沌状态，但不平衡过大或轴承间隙过小会引起转子振幅跳跃、自激锁频的油膜振荡。只有在适当的不平衡补偿和轴承间隙比下，以单周期小幅同步进动为特征的稳定区间才会出现中高转速区，该“间歇区间”可用以保证涡轮增压器在不同转速需求下的健康运转。