粘弹性支承柔性转子的动力学分析

运用有限元方法,对一端带粘弹性支承、另一端弹性支承的柔性转子进行动力学分析。基于Timoshenko梁单元模型建立系统的有限元模型和运动方程,以考虑转子的柔性和轮盘的陀螺效应。对系统进行自由振动和受迫振动分析,计算转子在不同支承条件下的临界转速与不平衡响应等,探究粘弹性支承的弹性刚度、损耗因子对系统动力学特性的影响。结果表明,粘弹性支承的弹性刚度能显著影响系统的临界转速和不平衡响应。较大的损耗因子能降低不平衡响应,但降低的程度会受到弹性刚度的影响。     

转子系统穿越临界转速瞬态响应的振幅特性分析

由于不平衡质量的作用,转子系统在起动或停车过程中穿越临界转速时会产生很大的振动,严重时会造成转子破坏。研究了转子在瞬态响应中的振幅特性,通过调整转子加速度、支承刚度以及阻尼,分析各参数变化对转子共振振幅的影响。结果表明,选取适当的参数,可以有效减小转子系统的振幅,使转子平稳地穿越临界转速的共振区。     

高速卷绕机筒管夹头系统动力学建模与临界转速分析

对高速卷绕机筒管夹头参数慢变转子系统进行建模分析,介绍了转子、支撑等结构的建模过程及慢变参数卷装的处理方式。按照转子动力学方法计算筒管夹头在三种卷装直径状态下考虑陀螺效应和不考虑陀螺效应时的临界转速。随着变卷装直径增大,筒管夹头转速降低,转子各阶临界转速都在减小,不能将筒管夹头看成是定常系统而运用结构动力学的方法处理;陀螺效应对其高阶临界转速有明显影响,在分析筒管夹头的动力学特性时应该考虑转子陀螺效应的影响。     

挤压式磁流变液阻尼器--转子系统的动力学特性与控制

用磁流变液代替常规挤压油膜阻尼器的润滑油,可制成阻尼特性受磁场控制的挤压油膜阻尼器,用于转子系统的振动控制。依据Bingham模型推导了磁流变液挤压油膜的雷诺方程及其解的表达式,给出了油膜流速、压力分布、油膜反力和阻尼器内磁拉力等的计算公式;以磁流变液阻尼器—刚性转子系统为例,理论分析了挤压油膜的力学特性和转子系统的不平衡响应特性;设计和制造了一种用于转子振动控制的挤压式磁流变液阻尼器;试验研究了支承在该阻尼器上的单盘偏置柔性转子系统的不平衡响应特性和控制方法。研究表明,磁拉力可降低一阶临界转速和临界振幅;油膜反力可降低转子系统在无阻尼临界转速处的振幅,并使一阶有阻尼临界转速增大;通过开关控制能使阻尼器具有最佳的减振效果,使转子振幅在全转速区达到最小。     

润滑油粘度对单盘柔性转子振动特性影响的实验

采用INV1612型单盘柔性转子实验台,通过改变负重盘的位置和润滑油膜的性质进行了大量实验。结果显示,在转子的轴向中心位置有周向均匀负重时,临界转速和最大振幅出现峰值;增大润滑油运动粘度,可降低转子的最大振幅,提高临界转速;随着润滑油高温粘性指数增大,转子的最大振幅减小,临界转速近似不变;低温粘性指数对转子振动特性影响的规律较不明显,还有待进一步研究。实验结果为研究影响转子系统稳定性因素提供了依据。     

液下硫磺泵的转子动力学分析

为减少长轴液下硫磺泵转子系统的振动,基于转子动力学对液下硫磺泵进行研究,以转子体、轴承、轴承座以及联轴器构成转子系统,运用ANSYS模拟转子系统的临界转速、转子不平衡引起的同步振动响应。结果表明:转子系统在第一阶临界转速下运行,为刚性转子;在前四阶临界转速下,轴承处的变形都较小;在加载了不平衡量的谐响应分析中,轴承与叶轮都在前四阶固有频率下产生共振现象,两叶轮振幅接近,各轴承最大振幅也远小于标准要求。液下泵转子系统的动力学研究对预防转子破坏引起的故障具有重要意义。     

磁悬浮高速电动机转子-轴承系统耦合振动特性研究

为研究磁悬浮高速电动机转子-轴承系统临界转速附近的振动特性,将简化的转子-轴承系统模型导入ANSYS Workbench中,对系统临界转速附近的振动情况进行仿真分析,基于MATLAB对改变轴承支承位置后的振幅进行了数值模拟。结果表明:转子-轴承系统中轴承支承位置垂直方向的变化对振幅的影响比水平方向大,且不同支承点的轴承位置的改变对转子临界转速附近振幅的影响不同。     

橡胶支承转子不平衡响应试验研究

通过数值计算和实验研究橡胶支承柔性转子系统的不平衡响应。采用基于Timoshenko连续梁理论的有限单元法分析实验转子的临界转速、模态振型和不平衡响应。用Kelvin-Voigt线性粘弹性模型表示橡胶的动态特性。结果表明,使用损耗因子为0.1~0.4的常用橡胶材料可极大地降低转子系统的临界振动响应。3种不平衡量值时,转子一阶临界转速和振幅的试验和数值计算结果吻合较好。受橡胶材料非线性特性的影响,实验和数值计算结果间的偏差随不平衡量的增加而增大。     

双盘柔性转子突加不平衡瞬态响应研究

转子系统在运转过程中可能由于叶片断裂等原因造成自身不平衡量突然增大,转子系统在突加不平衡条件下的响应特性是一个很值得关注的问题。运用传递矩阵法建立了双盘转子系统的运动微分方程,以Newmark-β积分法求解,模拟对比了转子系统在稳态和瞬态两种运转状态下的突加不平衡响应。结果表明:加速起动下转子越过临界转速后突加不平衡引发的震荡波动与自然波动频率一致;震荡波动的最大振幅与阻尼、突加不平衡总量及系统瞬时转速相关,波动的持续时间主要受系统阻尼影响;不同盘上发生突加不平衡,对临界转速处的响应振幅影响不同。     

流线隧道式涡轮增压器转子动力学特性分析

为研究流线隧道式涡轮对涡轮增压器转子动力学特性的影响,将某型号车用涡轮增压器叶片式涡轮替换为流线隧道式涡轮,建立了密封流体激振、叶尖间隙激振和隧道涡轮轮缘间隙激振耦合条件下的转子系统模型,计算分析了涡轮材料和轮缘间隙对转子临界转速、稳态响应以及瞬态响应的影响。结果表明,K418高温合金隧道涡轮转子一阶临界转速大幅降低,稳态响应稳定性较好,但瞬态响应振动剧烈、失稳,表明隧道涡轮采用K418高温合金需要调整结构设计;SiC陶瓷隧道涡轮转子一阶临界转速下降、稳态响应振幅增加,但对转子稳定性影响不大,二阶临界转速有微小增加,稳态响应振幅下降,瞬态响应稳定性较佳。     

Rotordynamic analysis and experimental validation of a high speed induction motor made by copper die casting process

A copper die casting induction motor can obtain an energy saving effect of about 2–3% compared to previous aluminum die casing induction motors. In addition, copper die casting motors can reduce the size of motors and reduce material costs. The critical speed and unbalance response of high speed machines need to be verified by rotordynamic analysis for dynamic stability of the rotors. The critical speed analysis, harmonic analysis and transient analysis by unbalance are performed for dynamic stability. The unbalance analysis results are compared with the experiment considering allowable vibration displacement (API 611) and balancing grade (ISO 1940-1). This paper dealt with the design, analysis and experimental validation of a high speed induction motor. The dynamic stability of the prototype is verified successfully, and two experimental methods by ISO 10816-3 are suitable and reliable for the allowable vibration evaluation of rotating machine.     

基于不平衡振动的旋转刀具动态特性分析

根据旋转刀具不平衡振动理论分析,得出旋转刀具不平衡量和工作转速是影响振动的主要因素。利用NX Nastran有限元软件对旋转刀具进行了模态分析,计算了刀具的固有模态。通过模拟旋转刀具在不平衡振动激励下的强迫响应,在给定不平衡量情况下,得出了转速越高刀具振动的幅值越大,但由于工作转速远离刀具临界转速,振动幅值是在较小的范围内变化。有限元分析结果为该刀具的设计和改进提供了理论依据。     

碰摩转子弯扭摆耦合振动非线性动力学特性

为进一步提高旋转轴系的安全性,研究旋转轴系弯扭摆振动耦合振动问题.推导一般意义下,考虑陀螺力矩的单盘转子弯扭摆耦合振动非线性方程,基于该方程推出不平衡转子和碰摩转子的非线性弯扭摆耦合振动方程.应用数值方法研究碰摩转子弯扭摆耦合振动相应的复杂动力学行为,研究转子转速对碰摩转子弯扭摆耦合振动的分岔和混沌行为的影响,以及扭转振动和摆动振动对弯曲振动的影响.分析结果为转子的安全运行和弯扭摆耦合振动故障的判别提供了理论依据.     

Dynamic response of a cracked rotor with an unbalance influenced breathing mechanism

The vast majority of studies on cracked rotors assume that the breathing response of a fatigue crack is weight-dominant i.e. the effect of dynamic forces on the breathing response is negligible. In this study, the assumption of weight-dominance is removed and the coupling effect of unbalance angle and magnitude on the breathing behaviour of a crack is examined. The proposed breathing model is shown to be greatly influenced by unbalance eccentricity and rotor speed, whereas weight-dominant breathing models are unaffected by these factors. A significant difference in the vibration behaviour of a weight-dominant model and the proposed model was particularly seen around the critical speed of deeply cracked rotors. High unbalance eccentricity and a 180° placement of the unbalanced mass resulted in the disappearance of 2X and/or 3X harmonic components at one-half and one-third of the rotor critical speed when the vibration was predicted using the proposed model. This result suggests careful placement and size of the unbalance mass may allow for the isolation of rotor cracks from other rotor faults in the frequency domain by negating the effects of the crack breathing.     

计及陀螺效应的高速齿轮轴系涡动现象及临界转速分析

高速齿轮轴系由于不平衡量等因素受陀螺效应会产生较大弯矩存在潜在共振危险,计及转轴及齿轮轮体陀螺效应,分别采用梁单元法和有限元法建立某型共轴高速直升机传动系统高速输入轴系模型,系统研究高速齿轮轴系不同振型的涡动现象,结合临界转速坎贝尔图,对比自由与约束模态和约束模态下不同轴承刚度对临界转速数值影响。结果表明：高速齿轮轴系扭转和伸缩振型在自由及约束模态均不会产生涡动,弯曲、节径等横向振型产生明显涡动现象,且在约束模态下涡动现象减弱;临界转速数值随约束模态轴承刚度增加呈增大趋势。在高速齿轮轴系临界转速准确计算中,轴承刚度及陀螺效应影响不可忽视。     

高速不平衡振动压液式轴内装自愈调控系统

高速智能装备如何少故障或者无故障长周期运行受到国内外学者的广泛关注,而不平衡振动是其典型故障之一,目前尚缺少有效地在线抑制措施。介绍一种可集成安装在转轴内部的新型压液式不平衡振动自愈调控系统,基于压缩空气驱动平衡液体转移的基本原理,可通过在线调整执行器自身质量分布,实时抑制高速装备的不平衡振动,进而提高其运行安全性和可靠性。定量分析平衡执行器的平衡速度和平衡精度等性能参数,并通过在模拟试验台上验证该系统的有效性。试验结果表明,所述压液式自愈调控系统在多个转速下均可将试验台的不平衡振动有效抑制在0.4 μm以下,振动降幅均在80%以上,最高试验转速达15 600 r/min。为后续高速不平衡振动自愈调控系统的实际工业应用奠定了技术基础。     

陀螺效应对碟式分离机立轴系统动态特性的影响分析

从理论上分析了转子转动状态下产生的陀螺力矩对碟式分离机立轴系统动态特性的影响。并通过建立有效的分离机立轴系统计算模型，采用有限元方法计算分析了转鼓陀螺效应对其临界转速及相应振型的影响。计算结果表明，陀螺力对分离机立轴系统振动特性的影响是不能忽略的。     

Chatter suppression in micro-milling using shank-mounted Two-DOF tuned mass damper

The tuned mass damper (TMD) has been used in machining processes for reducing forced vibration, suppressing chatter, and improving machined surface quality. In micro-milling process, the tiny size of the cutting tool-tip and the high rotating speed bring challenges in implementing the TMD. Besides, the TMD needs to have two degrees-of-freedom (DOFs) for reducing vibrations of micro-mill in two orthogonal directions. This paper presents the chatter suppression for micro-milling by attaching a two-DOF TMD to the tool shank and rotates with the cutting tool. The frequency response function (FRF) at the tip of the micro-mill clamped by an aerostatic spindle is predicted using receptance coupling analysis. A two-DOF TMD is designed via graphical approach based on the FRF result at the tool-tip. The natural frequencies and damping ratio of the TMD are optimized under different spindle speeds in order to enhance the cutting stability. The chatter stability of micro-milling is predicted considering the gyroscopic and centrifugal effects of the TMD structure. Modal tests and micro-milling experiments are conducted to validate the effect of the TMD on chatter stability. The results show that the TMD is able to improve the critical depth of cut by 13 folds, and satisfy the compact design requirement for micro-milling.     

支承刚度对弧齿锥齿轮传动系统的振动特性影响分析

以一对典型的弧齿锥齿轮传动系统为研究对象，应用传递矩阵法计算系统的临界转速和不平衡响应。讨论了支承刚度对系统临界转速及不平衡响应等振动特性的影响，得出一些规律性结论，用以指导齿轮传动系统的设计。     

磁流变阻尼器抑制转子系统振动试验

针对大型旋转机械通过临界转速时振动过大及运行中故障频发等问题,搭建转子试验台,模拟启停机过程和碰摩、不对中故障。不改变原有支撑形式,安装自主设计的磁流变阻尼器,在不停机的情况下,试验研究阻尼器抑制转子通过临界转速时振动过大及各类故障振动。试验结果表明,阻尼器可以有效抑制转子系统临界转速附近的振动,降幅在60%以上;转子发生碰摩或不对中故障时,阻尼器可以降低其高倍频振动。