论文摘要
机械密封在船舶尾轴密封的应用越来越广泛,同时,由于主机的大型化、尾轴长度与重量的增加,尾轴运动特性更加复杂。为了确保船舶运行的可靠性,有必要准确分析影响尾轴动力学特性的因素,目前已经逐渐认识到轴承与密封装置影响尾轴的振动特性,在诸个非线性因素中,油膜力与密封力是关键的两个。本文利用Jeffcott转子模型,分析密封力的单独作用、轴承油膜力与密封力耦合作用两种情况下转子的动力特性,主要研究内容如下。(1)艉轴推进系统是非线性动力学系统,因此,首先介绍了非线性转子动力学相关的基本理论以及本文采用的非线性油膜力与密封力模型。(2)研究单圆盘转子—密封系统的Jeffcott模型,求解密封力作用下系统的响应,讨论了振幅随转速的变化趋势,利用时程历程曲线图、轴心轨迹图及Poincare映射图、功率谱密度图反映系统的动力学特性,并分析密封压差、密封间隙、转子偏心量、密封长度四种因素对转子动力学特性的影响。(3)运用转子—轴承—机械密封系统的模型,求解了油膜力与密封力的耦合作用下系统的响应,分析了振幅随转速的变化趋势,利用时程历程曲线图、轴心轨迹图、功率谱密度图、Poincare映射图来反映系统的动力学特性,分析密封压差、密封间隙、转子偏心量、密封长度、轴承间隙、轴承长度六种因素对转子运动的影响。通过比较分析得出保持系统稳定的参数范围,为推进系统设计与选型提供了理论依据。(4)介绍了转子稳定性判断的常用的三种方法,即相平面法、最大Lyapunov指数法、Floquet乘子法,列出了求取对应系统最大Lyapunov指数和Floquet乘子的一般范式。最后对全文的研究工作进行了总结,提出了今后需要进一步研究的方向与任务。