مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تاثیر نسبت منظری یاتاقان‌های ژورنال غیرمدور لُب‌دار بر کارآمدی فیلم روانکار در جذب اغتشاشات حرکتی روتور

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
مهدی زارع‌مهرجردی 1
اصغر دشتی‌رحمت‌آبادی 2
ابوالفضل رسولی‌زاده‌شورکی 2
1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اردکان، اردکان، ایران
2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران
چکیده
توانایی فیلم روانکار در حفظ پایداری دینامیکی روتور در فضای لقی در شرایط ویژه‌ای نظیر کارکرد در سرعت‌های بحرانی، وقوع اغتشاشات لحظه‌ای در وضعیت بارگذاری یا مشخصه‌های روانکار، همواره یکی از بارزترین خصوصیات مورد انتظار یاتاقان‌های ژورنال تکیه‌گاهی مورد استفاده در ماشین‌آلات دوار محسوب می‌شود. نسبت منظری یا طول به قطر یاتاقان عامل مهمی است که در شرایط متفاوت بارگذاری، تاثیر آشکاری بر کیفیت فیلم سیال محبوس مابین سطح روتور و جدار داخلی پوسته یاتاقان خواهد داشت. به همین علت در پژوهش حاضر تاثیر این عامل بر کیفیت میرایی اغتشاشات حرکتی روتور در فضای یاتاقان‌های ژورنال غیرمدور دو، سه و چهار لُب با مدل‌های تحلیلی دینامیکی خطی و غیرخطی مطالعه شده است. در ابتدا موقعیت تعادل پایدار روتور در فضای یاتاقان با بکارگیری معادله رینولدز حاکم بر روانکاری میکروپلار به ازای بار معین خارجی برای مقادیر گوناگون نسبت منظری استخراج شده است. در ادامه با فرض نوسانات سیکل محدود روتور حول نقطه تعادل استاتیکی در مدل خطی، مقادیر جرم بحرانی و فرکانس چرخش گردابی مشخص‌کننده مرز همگرایی اغتشاشات به وضعیت تعادل، تعیین شده‌اند. در مدل غیرخطی با حل همزمان معادله رینولدز حاکم بر روانکاری یاتاقان و معادلات حرکت روتور در گام‌های زمانی متوالی با روش رانگ- کوتا، همگرایی یا واگرایی حرکات روتور ارزیابی شده‌است. نتایج گویای آن است که با کاهش نسبت منظری، دامنه پایداری دینامیکی نوسانات روتور و شانس کنترل اغتشاشات و بازگشت به موقعیت تعادل پایدار، بهبود می‌یابد. قیاس نتایج دو روش ارزیابی نیز از رفتار محتاطانه‌تر و دامنه پایداری دینامیکی محدودتر مدل خطی در غالب مقادیر نسبت منظری حکایت دارد.
کلیدواژه‌ها
نسبت منظری
پایداری دینامیکی
یاتاقان‌های ژورنال غیرمدور لُب‌دار
روانکار میکروپلار
تحلیل خطی و غیرخطی

موضوعات

عنوان مقاله English

Effect of aspect ratio of noncircular lobed journal bearings on the damping effectiveness of lubricant in case of rotor disturbances

نویسندگان English

M. Zare Mehrjardi 1
A. Dashti Rahmatabadi 2
A. Rasoolizadeh Shooroki 2
1 Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, Ardakan University, Ardakan, Iran
2 Mechanical Engineering Faculty, Yazd University, Yazd, Iran
چکیده English

The lubricant's ability to maintain the dynamic stability of rotor particularly in special conditions such as operating at critical speeds and instantaneous turbulences in loading or lubricant properties is always one of the most prominent characteristics of the journal bearings. Aspect or length to diameter ratio of bearing is an important factor that in different loading conditions will have an obvious effect on the performance of the trapped lubricant film between the rotor surface and bearings shell. So, the effects of aspect ratio on the damping of rotor disturbances with linear and nonlinear dynamic analysis approaches are studied in this research. Initially, the static equilibrium point of the rotor center in noncircular two, three and four lobe bearings space is obtained using the governing Reynolds equation of micropolar lubrication for different values of aspect ratio. Later, assuming the rotor perturbation as the limit cycle oscillations around the equilibrium point, critical mass and whirl frequency ratio are determined as the linear dynamic stability indexes for recognizing the converging disturbances. In nonlinear analysis model, the simultaneous solving of the lubrication and the rotor motion equations in successive time steps with Runge-Kutta method is done to differentiate the converging or diverging rotor perturbations. Results show that decreasing the aspect ratio improves the stability and the chance of controlling disturbances and returning the rotor center to static equilibrium position. Comparison of linear and nonlinear dynamic analysis results also indicates more cautious behavior and limited stability range of linear model in most of investigated cases.


کلیدواژه‌ها English

Aspect Ratio
Dynamic Stability
Noncircular lobed journal bearings
Micropolar lubricant
Linear and nonlinear analysis
Holmes R. The role of oil-film bearings in promoting shaft instability and the remedial effect of damping. Tribology International. 1980;13(5):243-248. [Link] [DOI:10.1016/0301-679X(80)90083-3]
Fulel C, Zhengsong Z. Periodic, quasi-periodic and chaotic vibrations of a rub impact rotor system supported on oil film bearings. International Journal of Engineering Science. 1997;33(10-11):963-973. [Link] [DOI:10.1016/S0020-7225(97)89393-7]
Cai W, Chang J, Chao K. Chaos and bifurcation of a flexible rub impact rotor supported by oil film bearings with nonlinear suspension. Mechanism and Machine Theory. 2007;42(3):312-333. [Link] [DOI:10.1016/j.mechmachtheory.2006.03.007]
Cai W, Chao K. Bifurcation and chaos analysis of a flexible rotor supported by turbulent long journal bearings. Chaos, Solitons & Fractals. 2007;34(4):1160-1179. [Link] [DOI:10.1016/j.chaos.2006.04.021]
Eringen AC. Theory of micropolar fluids. Journal of Mechanism and Machine. 1966;16(1):1-18. [Link] [DOI:10.1512/iumj.1967.16.16001]
Huang TW, Weng CI, Chen CK. Analysis of finite width journal bearings with micropolar fluids. Wear. 1988;123(1):1-12. [Link] [DOI:10.1016/0043-1648(88)90082-8]
Das S, Guha SK, Chattopadhyay AK. Theoretical analysis of stability characteristic of hydrodynamic journal bearings lubricated with micropolar fluid. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. 2004;218(1):45-56. [Link] [DOI:10.1243/135065004322842825]
Prabhakaran Nair K, Sukumaran Nair VP, Jayadas NH. Static and dynamic of elasto-hydrodynamic elliptical journal bearing with micropolar lubricant. Tribology International. 2007;40(2):297-305. [Link] [DOI:10.1016/j.triboint.2005.09.017]
Kumar M. Linear analysis for stability threshold for a finite flexibly supported journal bearing lubricated with micropolar fluids [Dissertation]. Indian: Indian Institute of Technology Kharagpour; 2010. [Link]
Navthar RR, Halegowda NV. Stability analysis of hydrodynamic journal bearing using stiffness coefficients. International Journal of Engineering Science and Technology. 2010;2(2):87-93. [Link]
Ying J, Jiao Y, Chen Z. Nonlinear dynamics analysis of tilting pad journal bearing rotor system. Shock and Vibration. 2011;18(1-2):45-52. [Link] [DOI:10.1155/2011/213742]
Rana NK, Gautam SS, Samanta S. Approximate analysis of dynamic characteristics of short journal bearings in turbulent micropolar lubrication. Journal of The Institution of Engineers. 2014;95(4):383-388. [Link] [DOI:10.1007/s40032-014-0147-8]
Bansal P, Chattopadhayay AK, Agrawal VP. Linear stability analysis of hydrodynamic journal bearings with a flexible liner and micropolar lubrication. Tribology Transactions. 2015;58(2):316-326. [Link] [DOI:10.1080/10402004.2014.969817]
Mehrjardi MZ, Rahmatabadi AD, Meybodi RR. A study on the stability performance of noncircular lobed journal bearings with micropolar lubricant. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. 2016;230(1):14-30. [Link] [DOI:10.1177/1350650115587037]
Shooroki AR, Rahmatabadi AD, Mehrjardi MZ, Meybodi RR. Effects of design and lubrication parameters on thermo-hydrodynamic performance of noncircular three lobe journal bearings with micropolar lubricant. Shahrood Journal of Mechanical Engineering. 2017;6(3):79-96. [Persian] [Link]
Meybodi RR, Mehrjardi MZ, Rahmatabadi AD. Tilt angle effects on the performance of micropolar lubricated noncircular journal bearings. Industrial Lubrication and Tribology. 2017;69(4):536-549. [Link] [DOI:10.1108/ILT-03-2016-0041]
Chatterton S, Dang PV, Pennacchi P, De Luca A, Flumina F. Experimental evidence of a two-axial groove hydrodynamic journal bearing under severe operation conditions. Tribology International. 2017;109:416-427. [Link] [DOI:10.1016/j.triboint.2017.01.014]
Meybodi RR, Shooroki RR, Mehrjardi MZ. Thermo-hydrodynamic performance of tilted non-circular micropolar lubricated journal bearings. Industrial Lubrication and Tribology. 2018;70(4):711-723. [Link] [DOI:10.1108/ILT-04-2017-0088]
Budheeja K, Verma S. Nonlinear transient analysis of hole-entry journal bearing with constant flow of micropolar fluids. Proc IMechE Part C: J Mechanical Engineering Science. 2019;233(1):350-368. [Link] [DOI:10.1177/0954406218756942]
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 20، شماره 5
اردیبهشت 1399
صفحه 1347-1360