高速悬臂转子-轴承系统的热致同步振动失稳特性

刘阳; 余承智; 袁奇

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (8) : 88 -99.

刘阳, 余承智, 袁奇

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摘要

为探究轴颈温度分布对高速悬臂转子-轴承系统热致同步振动失稳特性(Morton效应)的影响，建立高速悬臂转子三维瞬态热弯曲响应模型，提出了Morton效应失稳阈值判据。首先，对滑动轴承进行三维瞬态热流体动力学计算，考虑空穴效应和温黏效应，采用动态网格模型实现不同工况下的轴颈涡动，获得轴颈表面的周向和轴向温度分布。然后，采用三维实体和一维梁单元有限元模型，分别进行转子热变形和动力学特性计算。最后，通过实验测试结果对所建模型进行验证。研究结果表明：相较于收敛涡动和循环涡动，轴颈发散涡动产生的周向温差更大，转速为10 000 r/min时，轴颈周向温差达到25 K;轴颈表面温度的周向分布曲线越接近正弦曲线、轴颈高温区域的轴向长度越长，转子的热不平衡量越大；提出的失稳阈值判据可精确判断转子-轴承系统的最高工作转速，与避开10%临界转速的传统判据相比，最高工作转速提高了7.2%。该研究可为高速悬臂转子-轴承系统的分析设计提供理论指导。