Rückwirkung des Gleitlagermoments auf die Drehbewegung des Rotors
In den mathematischen Modellen gleitgelagerter Rotoren fehlt bisher die physikalisch korrekte Abbildung der nichtlinearen Kopplung zwischen den Rotorschwingungen im Gleitlager und der Drehbewegung der Welle. Zu dem bereits erforschten auslenkungsabhängigen Momentensatz elastischer Rotoren in konvent...
| Summary: | In den mathematischen Modellen gleitgelagerter Rotoren fehlt bisher die physikalisch korrekte Abbildung der nichtlinearen Kopplung zwischen den Rotorschwingungen im Gleitlager und der Drehbewegung der Welle. Zu dem bereits erforschten auslenkungsabhängigen Momentensatz elastischer Rotoren in konventionellen Lagern wird eine Erweiterung gesucht, die die auslenkungsabhängigen Momente von Rotoren in Gleitlagern berücksichtigt. Für den Betrieb mit beschränktem Antriebsmoment wird eine Drehzahlreduktion bis hin zur Möglichkeit des Hängenbleibens infolge großer Zapfenauslenkungen erwartet, wie sie im Bereich der Resonanz und dem für gleitgelagerte Rotoren charakteristischen instabilen Betriebsbereich auftreten.
Basierend auf Untersuchungen und Erkenntnissen anderer Autoren wird ein eigenes Lösungskonzept zur Abbildung des auslenkungsabhängigen Gleitlagermoments erarbeitet. Das nichtlineare Koppelmoment wird am Beispiel des kreiszylindrischen Lagers aus den nichtlinearen Gleichungen der Scherkräfte an der Zapfenoberfläche analytisch hergeleitet und auf einen möglichen Zusammenhang mit den wirkenden Ölfilmkräften untersucht. Damit wird die grundsätzliche Idee der vorausgegangenen Arbeiten geprüft, das resultierende Moment aus den bekannten Lagerkräften und einem auslenkungsabhängigen Kraftangriffspunkt zu bilden. Es wird gezeigt, dass das druckinduzierte Moment durch die Ölfilmkräfte, welche an einen vom Lagermittelpunkt abweichenden Punkt angreifen, beschrieben werden kann. Das Moment infolge der Scherströmung, welches in weiten Betriebsbereichen der dominierende Anteil ist, kann in dieser Weise jedoch nicht abgebildet werden. In der Folge wird dieses Moment basierend auf der in dieser Arbeit vorgenommenen analytischen Herleitung beschrieben.
Anhand eines numerischen Modells wird die korrekte qualitative Abbildung der o.g. zu erwartenden Effekte durch das hergeleitete Moment geprüft. Darüber hinaus werden die Möglichkeit der Verwendung linearisierter Gleichungen des nichtlinearen Gleitlagermomentes, sowie die Grenzen der numerischen Berechnungen des Differentialgleichungssystems für instationär betriebene Rotoren in Gleitlagern untersucht.
Die abschließende Bestätigung der Gültigkeit der gefundenen Zusammenhänge wird anhand experimenteller Untersuchungen an einem Gleitlagerversuchsstand nachgewiesen, welche von numerischen Rechnungen eines identifizierten Modells des Versuchsstands begleitet werden. |
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