[发明专利]面向石墨端面封严对转子系统动力学特性影响计算方法

权利要求书

1.一种面向石墨端面封严对转子系统动力学特性影响计算方法，其特征在于，步骤如下：

1)建立转子涡动状态下石墨端面封严的横向激励载荷模型：根据某一微元处动环振动导致的静环与动环之间的轴向位移Δz的改变，进而得到该微元周向位置接触面处的摩擦力df_s，将摩擦力df_s进行分解，得到微元在x和y方向的摩擦力以及弯矩激励，沿周向进行积分，得到静环对动环的合力F_sx、F_sy和合力矩M_sx、M_sy；

2)在石墨端面封严的横向激励载荷模型基础上建立偏置盘转子-石墨端面封严系统动力学方程；基于拉格朗日能量法进行推导，将石墨端面封严提供的合力F_sx、F_sy作为外激励力代入方程，再代入由转子平动和摆动提供的动能E，得到偏置盘转子-石墨端面封严系统动力学方程；

3)基于建立的偏置盘转子-石墨端面封严系统动力学方程，计算转子的振动响应特征，分析石墨端面封严作用下转子动力学行为的演化规律；并通过计算石墨端面封严摩擦力的做功情况进一步得到石墨端面封严对转子系统振动响应的影响机理。

2.根据权利要求1所述的面向石墨端面封严对转子系统动力学特性影响计算方法，其特征在于，所述步骤1)的建模过程具体包括：

11)转子未发生振动时，动环-静环间压紧力均匀分布，受到初始压紧力N₀作用，初始压紧位移表示为Z₀；当转子以角速度ω运动时，涡动使静环与动环之间的压紧力呈现非均匀分布特征，任一周向位置α的微元d_α的轴向位移Δz表示为：

Δz＝θ_x(r_ssinα-Y)-θ_y(r_scosα-X)；

其中，X为沿x方向运动的平动自由度，Y为y方向的平动自由度，θ_x为绕x轴方向运动的摆动自由度，θ_y为绕y轴方向运动的摆动自由度，r_s为静环平均半径，k_s为静环轴向刚度；

则此时周向位置α处对应的微元的正压力dN(α)为：

12)转子涡动时动环与静环间存在相对运动，基于库伦摩擦定律，得到接触面处的摩擦力df_s为：

df_s＝μdN(α)t(α)

其中，μ为动环与静环之间的摩擦系数，t(α)为单位方向向量，其方向与动环和静环相对运动速度方向相反；对于周向位置α处的微元，动环与静环的相对运动速度v为：

其中，i和j分别为x方向和y方向的单位向量，t(α)表示为：

将摩擦力分解，得到微元在x方向的摩擦力df_sx、y方向的摩擦力df_sy分别为：

除了摩擦力外，非均匀的正压力还产生对转子的弯矩激励，周向位置α处的微元产生的绕ox轴的弯矩dM_sx、绕oy轴的弯矩dM_sy为：

dM_sx＝-(r_ssinα-y)dN(α)

dM_sy＝(r_scosα-x)dN(α)；

将微元处摩擦沿周向进行积分，得到静环对动环的合力和合力矩：

其中，F_sx为石墨端面封严对动环x方向的摩擦力，F_sy为石墨端面封严对动环y方向的摩擦力，M_sx为石墨端面封严对动环绕ox轴方向的弯矩，M_sy为石墨端面封严对动环绕oy轴方向的弯矩。