高速齿轮转子系统质量不平衡响应分析

为克服大型高速齿轮转子系统质量不平衡响应分析的不足,根据多柔体动力学、有限元法和模态综合理论,用MSC Adams对未耦合和耦合的齿轮转子系统质量不平衡响应进行时域分析,发现当高速端和低速端齿轮转子同时存在质量不平衡时,耦合系统响应为分别在其上施加不平衡时响应的叠加,与相关文献采用传递矩阵法得到的结果一致.用Field力元模拟滑动轴承的油膜支撑,得到弹性支撑的单个齿轮转子的不平衡响应,涡动轨迹为椭圆,结果与相关文献对弹性支撑的圆盘转子不平衡响应分析的解一致.     

锥齿轮传动系统的非线性动力学行为

主要研究了锥齿轮传动转子系统的非线性动力学行为.在滑动轴承或挤压油膜阻尼器中,油膜力是齿轮传动转子系统非线性的一个重要来源,并且与轴承的结构参数、转子的转速和作用力等多个因素有关.首先在刚性转子、齿轮不脱啮等假设条件下,考虑了锥齿轮间的广义位移约束关系,建立在非线性油膜力作用下锥齿轮传动的多转子耦合系统动力学模型.由于油膜力具有强非线性特性,因此采用数值分析方法,结合系统的稳态响应、Poincaré映射和分叉图等多种手段分析系统的动力学行为.通过初步研究得到如下结论:对于不平衡锥齿轮传动的转子系统,在低转速时转子轴心的运动与转速同步;随着转速的增加系统出现2倍周期运动等复杂的分叉现象.这些振动特征可以为这类系统的动力学设计、结构参数优化和运动状态监测等提供必要的理论依据.     

转子动力学研究进展

本文简要回顾了转子动力学的发展历程,指出了转子动力学的研究对象,如以汽轮发电机、燃气轮机、离心/轴流压缩机和航空发动机等大型装备为代表的复杂转子系统;主要研究内容涉及转子系统动力学建模、临界转速和振动响应计算、柔性转子动平衡技术、支承转子的各类轴承动力学特性、转子系统动力稳定性、转子系统非线性动力学、转子系统振动故障及其诊断技术、转子系统振动控制和多场耦合激励下转子系统振动,如机电耦合振动等.未来的研究主要聚焦在转静子系统耦合振动,基于大数据的转子系统智能诊断和考虑新材料、新结构的转子系统振动控制技术等方面.     

具有轴承不对中的多跨柔性转子系统非线性动力学研究

主要研究了具有不对中轴承支承的柔性多转子耦合系统的动力学建模和非线性动力学行为.首先在短轴承假设、小轴承的不对中量和圆盘不平衡量等几个基本假设条件下,考虑了转子的柔度、不对中轴承的非线性油膜力和圆盘的不平衡等因素后,建立了一个具有轴承不对中的10自由度多跨转子系统非线性动力学模型；最后采用数值方法研究了系统的非线性动力...     

鼠笼局部断裂的刚度特性及其转子动力学特性分析

本文针对带有局部断裂的鼠笼刚度特性以及其支承的转子系统动力学特性开展研究.首先基于力学分析推导了鼠笼局部断裂刚度理论计算公式.其次,基于带有局部断裂的鼠笼有限元模型进行其刚度计算,并采用最小二乘法对有限元刚度计算结果进行分析,提出了鼠笼局部断裂后的拟合经验刚度公式,通过对比分析得出局部断裂对鼠笼刚度特性的影响.最后,建立带有鼠笼局部断裂的两支点弹性支承转子系统的动力学模型,并仿真获得了带有鼠笼局部断裂转子系统的固有特性和振动响应的变化规律.结果表明:鼠笼局部断裂导致其刚度下降以及支承刚度不对称,引起转子系统临界转速下降,且水平、垂直振动有差异,轴心轨迹呈椭圆形.     

某磁浮飞轮转子系统有限元分析

为更好地分析计算磁浮飞轮转子系统的动力学特性,对其进行有限元仿真.基于已有的磁浮轴承控制律,根据相关参数计算出转子系统平衡位置处的线性化位移刚度,建立弹性支撑的磁浮飞轮转子有限元模型,用ANSYS对转子进行模态分析,研究支撑刚度和离心应力对转子系统模态和频率的影响.结果可为磁浮飞轮的信号测试和模态控制提供参考.     

基于Lagrange法的刚体与柔体动力学对比研究

对于机器人、航天器和车辆悬架部件等一些多体系统来说,其中一些部件的大尺寸、轻型化趋势使得传统的刚性体建模已经难以准确地模拟实际的工况,将部件所具有的柔性特性加入到多体系统模型中进行柔体动力学仿真,由于考虑了部件弹性变形与大范围刚性运动之间的耦合,故可以得到部件更为真实的动力学行为.文中通过与基于Lagrange法的刚体动力学基本方程进行对比研究,详细说明了柔体动力学方程中上述的耦合作用.以某大型雷达可展开天线为例,分别在刚体和柔体的假设下对其展开运动进行动力学仿真,结果表明采用柔性体仿真更能真实反映其动力学特性.     

不对中联轴器 柔性转子系统非线性动力学行为

主要研究了在滑动轴承支承下转子间具有平行不对中故障的柔性联转子系统非线性动力学行为.首先,在考虑到联轴器的连接刚度后,基于两转子间运动的几何关系和位移约束条件推导了在非线性油膜力作用下平行不对中转子系统的动力学模型,理论分析表明该系统是一个含有时变系数和强非线性特征的11自由度非自治系统.然后采用数值方法重点分析了系统的非线性振动特性,例如,系统的轴心轨迹、频谱相应,Poincaré截面等.结果表明:在较低转速时,转子的涡动轨迹在较小的范围内作同步振荡;随着转速的提高,系统出现倍周期分叉现象,以及准周期、混沌运动等复杂的非线性动力学行为.最后讨论了联轴器的连接刚度对系统运动特性的影响.     

弹性支撑下风电机组传动系统结构动力分析

考虑水平轴风力发电机组齿轮箱弹性支撑的柔性连接特性,基于集中质量思想和拉格朗日方法,建立风力发电机传动系统多体动力学模型,研究了齿轮箱弹性支撑对传动系统结构动力学特性的影响.利用动力学模型和模态分析方法,得到了由弹性支撑耦合到系统后的模态频率,并获取了在该模态激励下的模态动能分布.采用变参数方法进行传动系统模态对齿轮箱弹性支撑刚度变化的敏感性分析,利用模态叠加法进行齿轮箱体的动响应分析.数值求解结果和分析表明,考虑齿轮箱弹性支撑的传动系统某阶固有频率即为弹性支撑下齿轮箱体振动主模态;弹性支撑线刚度对传动系统低频率固有模态存在一定影响;齿轮箱体振动分析时应考虑1阶和2阶的低频模态较为合理.本研究工作对传动链系统方案可靠性设计和抑制传动链振动的加阻控制提供了一定理论基础.     

转子-滑动轴承系统支承松动-碰摩故障动力学行为及评估方法

本文针对转子-滑动轴承系统支承松动-碰摩故障动力学行为进行分析,并提出基于动力学行为非线性度量的转子-轴承系统支承松动状态评估方法.应用非线性短轴承油膜力模型、松动刚度模型、Hertz接触理论等建立了带有支座松动故障的转子系统局部碰摩动力学模型,研究并分析松动-碰摩故障转子系统随支承松动间隙变化的动力学行为规律.提出基于动力学行为非线性度量的转子-滑动轴承松动-碰摩故障下支承松动状态评估方法,采取泰勒展开获得线性近似动力学模型,量化比较非线性模型与线性近似模型动力学行为的差异.建立松动间隙与非线性度之间的对应关系,直观反映松动间隙对系统动力学行为的影响程度,实现对转子-滑动轴承系统支承松动状态的评估.本文的研究可为转子-滑动轴承系统支承松动状态评估提供理论基础和支撑.     

带有星型齿轮传动结构的转子系统不平衡耦合振动分析

齿轮传动风扇发动机(GTF)的低压转子系统由于带有星型齿轮传动结构,使得其具有有别于传统发动机的动力学特性,因此由于这种齿轮柔性转子耦合系统而产生的振动问题更为复杂.本文基于该低压转子的结构特点,建立了具有星型齿轮传动结构的三支点转子系统有限元模型,通过对高速转子轮盘施加偏心质量,研究不平衡矢量激励下转子系统的耦合振动特性,并进行了相关试验分析.结果表明：在双盘不平衡激励下,由于不平衡之间耦合效应,转子系统各轴段均存在振动减弱的情况.并且与中心齿轮相比,环形齿圈与游星齿轮之间的啮合力更大,且受不平衡初始相位的影响更显著.此外,当相位差为180°时,不平衡对转子系统的危害较大.     

转子系统不对中问题的研究进展

转子系统的不对中问题在旋转机械中非常普遍,是引起严重整机振动的主要原因之一.特别地,以先进涡扇发动机转子系统为代表的带有弹性支承、内外布置的多转子系统,其动力学特性具有特殊性,不对中的理论问题与工程需求十分突出.本文首先针对两类不对中问题(联轴器不对中和支点不对中),评述了目前不对中建模方法、不对中转子系统的动力学和振动特性方面的代表性研究成果.其次,针对航空发动机转子系统,详细综述了目前已有的套齿联轴器、弹性支承组件的动力学研究成果.在此基础上,作者针对其具体结构特征,进行了航空发动机转子系统不对中成因与模式分类,初步建立了联轴器不对中和支点不对中的转子系统动力学模型并进行了振动特性分析.     

含齿式联轴器的单盘转子系统耦合故障分

为研究转子系统在不平衡-不对中耦合故障作用下的动力学特征,建立了转子-滚动轴承耦合系统动力学模型.其中,考虑齿式联轴器平行不对中问题,且刚性转盘的质心和形心不同心.通过Lagrange方法推导出系统的动力学方程,并采用数值分析的方式分别分析了联轴器不对中程度、不同的联轴器参与振动的质量大小以及不同的支承条件等对转子系统动力学特性的影响规律.计算结果表明：由于不对中故障的存在,当转子系统运行的转速达到临界转速二分之一时,转盘的横向振动位移明显增大,即不对中量会使系统在二分之一临界转速处产生一个不稳定区域;当采用滚动轴承支承时,随着不对中程度的加剧,上述不稳定区域内转子的最大振幅所对应的转速逐渐增大,而采用线性支承时,尚未出现此类现象;随着联轴器参与不对中故障的质量的增加,系统的振动越来越剧烈.     

大型挤压油膜阻尼器非线性动力学分析与优化研究进展

挤压油膜阻尼器（Squeeze Film Dampers,SFDs）是旋转机械中常用的一类支承阻尼结构装置,能够改善转子系统的动力特性.当前工程实际中已经大量使用的两类不同结构形式的挤压油膜阻尼器,仍然存在着减振效果不稳定甚至会导致转子失稳,以及阻尼器动力学机制不清楚、建模和分析精度差、设计方法欠缺等理论技术难题.本文首先介绍两类典型SFD的结构形式和主要失效模式,然后详细叙述SFD动力学分析与优化设计方法在发展过程中的代表性研究成果,涉及SFD动力学特性、转子 SFD系统动力学特性研究、SFD动力学设计与优化等几个方面的研究,并对SFD的试验测试技术方面的成果进行评述.在此基础上,探讨目前先进航空发动机用大型挤压油膜阻尼器亟须开展的基础研究任务,特别强调了数据驱动与动力学解析模型融合的SFD动力学建模、分析与设计优化的发展方向.     

偏角不对中轴系振动的工艺控制措施研究

考虑非线性非稳态油膜力、局部碰摩力和质量不平衡的耦合激励,建立偏角不对中轴系非线性动力学方程,数值模拟并分析不对中偏角量对系统振动特性的影响,根据计算结果制定不对中偏角量的工艺控制标准.仿真计算研究表明:非稳态油膜力激励下,轴系动力学方程形式繁琐,求解困难,导致系统产生复杂的动力学行为,难以通过理论分析有效控制轴系非线性振动,而通过制定工艺可以避免理论研究难题,达到控制非线性振动级别的目的.     

滚动轴承-柔性碰摩转子系统非线性动力学响应分析

针对现有轴承-转子系统动力学模型的不足,考虑非线性滚动轴承力、不平衡量、碰摩故障及陀螺效应,建立了滚动轴承-柔性对称碰摩转子系统非线性集中质量模型.通过数值计算与比较,结果表明:低转速下系统响应主要表现为滚动轴承的变刚度振动,高转速下轴承变刚度振动的影响相对减弱,转子不平衡和碰摩故障对系统的影响逐渐增强,陀螺效应对高转速下对称转子的响应不容忽略.     

超导发电机转子模态分析

应用ANSYS分别对某超导发电机内转子、外转子和转子整体进行模态分析.考虑内转子中挠性支撑结构,将外转子轴承约束简化为弹性约束.考虑该弹性约束刚度的影响,获得内、外转子的前10阶固有频率和振型图;针对双层转子结构整体,对比分析结构中内、外转子的振动形式,获得转子的固有振动特性.