周向槽宽度对涡轮增压器转子系统非线性动力学特性影响研究

来源：振动与冲击杂志2024年第20期北京时间：

作者：张聪聪,，周瑜哲，门日秀，付晓瑞,，冯泽民,，蔡长旺,

单位：1.河北工程大学机械与装备工程学院，河北 邯郸056038；2.河北工程大学河北省智能工业装备技术重点实验室，河北 邯郸056038；3.陕西国防工业职业技术学院智能制造学院，西安710300；4.中国北方发动机研究所柴油机高增压技术国家级重点实验室，天津300400

摘要：浮环外表面周向槽宽度结构参数会影响外膜压力分布，进而对高速轻载涡轮增压器转子系统非线性振动特性产生显著影响。基于流体润滑机理和有限元理论，建立了包含轴系集总运动方程、浮环轴承瞬态温度模型、润滑油粘温方程以及轴承间隙热变形方程在内的涡轮增压器轴系热-流-固耦合的综合模型，并提出了一种有效的求解策略。通过与试验数据对比，验证了该综合模型的准确性和可靠性。以某柴油机用涡轮增压器转子系统为例，通过三维振动瀑布图研究不同周向槽宽度在低（50°C）、中（90°C）、高（130°C）三种入口油温下转子系统频域瞬态振动响应，结果表明：相对于全圆瓦浮环轴承支撑的转子系统，当周向槽宽度从2.4增加至4.8 mm时，在不同入口油温下转子系统内膜涡动、振荡的转速区间逐渐缩小，振动幅值均大幅降低；但随着周向槽宽度和入口油温的增加，外膜承载力降低，转子系统呈现出刚性运动，即零频振动，并且零频振动幅值高于低频振动，成为主导频率。当周向槽宽度从2.4增加至4.8mm，入口油温为50°C时转子系统的最大无量纲振幅值降幅分别约为67%、75%和83%；当入口油温增加至90°C时转子系统的最大无量纲振幅值降幅分别约38%、75%和82%；当入口油温增加至130°C时最大无量纲振幅值降幅分别约为67%、75%和79%。因此，对于不同的入口油温，周向槽浮环轴承可使转子系统的振动幅值大幅降低，有利于提高转子系统的稳定性，结论可为周向槽浮环轴承的参数设计提供理论参考。<br>

关键词：周向槽浮环轴承；涡轮增压器转子；非线性动力特性；瞬态响应分析；低频振动