加速度对涡轮增压器球轴承-转子系统动力学特性的影响

车用涡轮增压器转子系统具有高速、轻载荷、大柔性、小尺寸、多激励、变工况特点,球轴承涡轮增压器轴承-转子系统转速会在较大范围内频繁变动。针对某型号车用球轴承涡轮增压器,建立考虑了密封结构和气流激振的球轴承涡轮增压器转子动力学模型,分析了不同加(减)速度下的球轴承涡轮增压器转子瞬态响应规律,并与该转子系统临界转速、稳态响应及临界转速实验结果进行对比分析,结果表明:球轴承涡轮增压器一阶临界转速随加(减)速度增大而减小,二阶临界转速随加(减)速度增大而增大;加(减)速下的球轴承涡轮增压器转子振幅在临界转速附近随加(减)速度增大而增大,非临界转速范围内变化不大。     

磁流变液阻尼器-转子-滑动轴承系统稳定性实验研究

通过实验研究了支承在磁流变液阻尼器和滑动轴承上的转子系统在振动主动控制过程中的运动稳定性问题，实验发现，当转子升速，控制电流稳定时，随着控制电流的增大，在一定转速范围内会出现由滑动轴承引起的油膜涡动和油膜振荡，而当转速稳定，突然施加或撤除控制电流时，转子的振动可在短时间内达到新的稳态，不会发生失稳，此后，在一定转速和控制电流条件下转子系统仍会发生失稳，但采用开关控制抑制转子临界振动时系统能稳定运转，研究表明，由控制电流决定的阻尼器支承刚度是影响转子系统稳定性的关键因素。     

搭接-叠片式箔片气体动压轴承转子动力学特性实验研究

本文研制了由搭接式径向轴承和叠片式推力轴承组成的一套搭接-叠片式箔片气体动压轴承,同时设计并搭建了相应的箔片气体动压轴承转子实验台,通过多组转子降速对比实验研究了所提出箔片气体动压轴承的起飞特性,分析了转子不平衡量和外部载荷对该轴承-转子系统的转子动力学影响。起飞实验结果表明,本文所研制的搭接式径向箔片气体动压轴承的起飞转速约为7500 r/min,最大起飞转矩约为220 N·mm。转子降速实验研究结果表明,随着转子不平衡量的增加,转子系统1X频振动幅值逐渐增大、二阶临界转速逐渐降低、次频振动发生频率逐渐提前;随着转子转速的增加,转子系统1X频振动呈现先增大后减小的趋势、次频振动幅值整体逐渐增大;在减小顶箔结构的圆心距后,转子系统稳定性增加。不平衡量与外部载荷加载耦合实验结果表明,不平衡量与外部载荷都会激起系统的次频振动,次频振动幅值随转速升高而增大;并且在激起次频振动方面,不平衡量与外部载荷之间存在着相互放大作用。     

支承非对称对双转子系统动力特性的影响规律

支承刚度非对称广泛存在于转子支承系统中,然而非对称支承对工程中双转子系统动力特性的复杂影响规律尚不明确。为此,以典型发动机同向转动的双转子支承系统为研究对象,根据该发动机薄壁柔性机匣支承的特点,提出支承非对称系数指标,研究了支承非对称存在与否及其变化对双转子支承系统临界转速、稳态不平衡响应、进动方向及进动轨迹的影响。研究发现:支承非对称的存在会导致与之相关的振型所对应的正进动临界转速增大、反进动临界转速减小;部分支点在反进动临界转速附近出现响应峰值并且伴随着进动平面内振动相位的变化;转子进动更为复杂,同一个转子上正反进动同时出现,转子特定节点的进动轨迹也会随转速产生较为复杂的变化;进一步研究发现,非对称系数的增大会使得出现反进动的转速和位置区域总体增大,但在特定转速或特定位置反进动区域也可能变小;所得规律可为发动机双转子系统复杂支承条件下的动力学设计及特殊振动现象产生原因阐释提供参考。     

呼吸性裂纹转子的瞬态振动特性分析

旋转机械转子轴萌生裂纹后,瞬态加速过程中转涡差角时变使裂纹周期性开合,系统发生不同于稳态情况的振动。本文基于中性轴法确定裂纹开合,数值计算了呼吸裂纹引起刚度时变的转子过临界转速的瞬态振动,分析了裂纹大小、方向角和重力对线性加速转子瞬态振动的影响,以及定功率加速瞬态过程中系统振动响应及稳定性。结果发现,瞬态条件下带呼吸裂纹转子系统亚谐波共振并不明显;裂纹越大,过临界转速时瞬态振幅越大;在临界转速附近裂纹瞬时张开会激起很大的振动;定功率加速过程下,若功率不足够提供转子顺利穿过临界转速,则会出现外界扭矩与瞬态振动的能量耦合,大裂纹还可能造成瞬态振动发展成混沌。     

汽轮机-行星齿轮减速器耦合动力学特性分析

大功率齿轮箱是船舶轮机系统的重要设备之一,汽轮机通过齿轮箱将动力输出,齿轮系统与转子系统耦合在一起。为研究齿轮的啮合与振动对转子系统动力学特性的影响,针对某船舶动力系统,利用有限元法分别建立转子系统与转子-齿轮耦合系统的动力学方程,考虑齿轮系统的时变啮合刚度,求解并对比两种模型的振动特性。计算结果表明,齿轮的振动会降低转子系统的支撑刚度,使转子系统的临界转速降低,并增大振动响应幅值。另外,齿轮啮合刚度的时变性引起的振动属于参激振动,这种高频激励会传递到转子上。为了更精确计算整个轮机转子轴系动力学特性,需要考虑与转子相耦合的齿轮系统的振动。     

反向旋转双转子系统滞后特性分析

建立了考虑中介轴承非线性力的简化双转子模型,应用Matlab进行了数值计算,发现系统升、降速幅频曲线存在明显的滞后跳跃现象,并且在相同参数条件下,高、低压转子的滞后特性相似。进一步分别研究了转速比,中介轴承的径向间隙以及阻尼比对系统滞后特性的影响。研究发现转速比绝对值的增大使跳跃幅度逐渐增大但滞后区大小只有微弱的减小,并且使系统的临界转速逐渐减小,滞后区向左移动;径向间隙的增大使系统的滞后区逐渐增大但跳跃幅度几乎不变,而且对系统临界转速的影响较小;阻尼比的增大使系统的滞后区和跳跃幅度逐渐减小,并且使系统的临界转速减小,滞后区向左移动。该研究结果有助于进一步认识中介轴承对双转子系统振动特性的影响。     

部分充液悬臂柔性转子系统不稳定特性的实验研究

从实验上详细地观察和研究了部分充液柔性转子系统不稳定产生的过程、失稳过程中转子系统的动力特性以及充液量对转子系统振动和稳定性的影响。结果表明部分充液转子系统的不稳定特性与转子系统中其它失稳因素引起的不稳定特性之间存在着明显的差异。部分充液转子系统失稳的门坎转速在充液转子的一阶临界转速之上，并且在空转子系统的一阶临界转速附近。转子在不稳定区内的涡动频率既不是一个固定的频率，也不是转子系统的某阶固有频率，转子的涡动频率随转速的增大而增大，随充液量的增大而减小。     

转子系统瞬态热启动过程动力学特性研究

摘 要：某型航空发动机在停车后的冷却过程中,其高压转子会产生较大的热弯曲。当再次启动时,高压转子会产生较大的热振动,进而威胁到发动机的安全运行。采用流-热-固-动力学开放式半耦合系统,对停车后不同时刻的瞬态温度场对某航空发动机高压转子系统的瞬态热启动特性的影响进行了探讨并和试验值进行了比较。结果表明,高压转子的停车时间位于65~90min时,其转子的最大振速超过了最大临界安全振速80mm/s,因此,热启动时应当尽量避开这一时间段,或者在这一时间段冷运转后再启动减小热弯曲对瞬态振动的影响。计算结果为航空发动机高压转子系统的优化设计和热弯曲故障诊断提供了理论依据。     

单支撑1000MW超超临界汽轮机轴系不平衡响应分析

建立单支撑1 000 MW超超临界汽轮机不平衡响应分析有限元模型,计算升速过程中轴系不平衡响应特性,比较单、双支撑机组不平衡响应差别。研究结果表明,不平衡响应分析时可将转子两侧单支撑轴承视为该转子的双支撑,由此两轴承振动分析不平衡面及不平衡型式。单支撑汽轮机转子之间振动耦联性较强,突显于相邻转子两临界转速附近。工作转速远离临界转速时相互间影响并不大。虽转子二阶临界转速远高于工作转速,但采用单支撑模式机组转子不平衡力偶与振动间相位滞后角大多在120°以上。通过对1 000 MW汽轮机组进行低压转子现场高速动平衡试验,不平衡响应分析结果获得试验验证。     

磁流变流体挤压油膜阻尼器柔性转子系统动力特性的试验研究

通过测量不同激励条件下磁流变流体挤压油膜阻尼器(magnetorheological fluid squeeze filmdamper,简写为MRFSFD)转子系统的运动轨迹和不平衡响应,研究了MRFSFD转子系统的动力特性以及MRFSFD对转子系统动力特性的可控性和对转子系统的振动进行控制的有效性.结果表明MRFSFD的动力特性是可控的,在合理选择激励磁场的条件下MRFSFD能够有效地抑制转子系统的振动.MRFSFD转子系统对激励的响应时间较长,这种阻尼器更适合对转子系统的振动进行半主动控制.利用MRFSFD对转子的振动进行分段控制可以使转子系统平稳地通过多阶临界转速.     

应用变参数挤压油膜阻尼器的柔性转子振动控制

本文以具有变参数挤压油膜阻尼器(Variable Parameter Squeeze Film Damper,缩写为VPSFD)鼠笼式弹性支承的单盘转子为试验模型,研究了VPSFD参数变化对振动共振幅值的抑制作用.在稳态试验的基础上,对转子过前两阶临界转速的振动抑制进行了研究,并实施开环瞬态振动控制.研究结果表明,适时调节VPSFD的参数,可使转子系统前两阶共振幅值大为降低,使转子能平稳通过前两阶临界转速.     

部分充有两种不相溶流体转子系统振动和稳定性的实验研究

实验研究了部分充有两种互不相溶混合流体转子系统的振动和稳定性，分析了充液量对转子系统振动和稳定性的影响。结果表明，部分充有两种互不相溶混合流体转子系统的失稳过程比充有单一流体转子系统的失稳过程更为复杂，其动力特性不仅与自由表面有关，而且还与不同流体分界面上旋转波的特性密切相关。充有两种互不相溶混合流体的转子系统与充有单一流体的转子系统一样，一般在转速超过了其一阶临界转速后就会出现不稳定。转子在不稳定区内既不以一个固定值或转子系统的某阶固有频率进行涡动，也不以转速的某恒比率频率进行涡动。随着转速的增大，转子在不稳定区的涡动频率随之增大。     

多齿轮耦合复杂转子系统的振动特性分析

本文探讨了多对齿轮耦合对齿轮转子系统动力学特性的影响程度,以压缩机转子系统为例,对整个耦合系统进行了安全校核。首先,基于有限元法,建立了通用的弯—扭—轴—摆斜齿轮耦合动力学分析模型,此模型中考虑了啮合刚度、方位角、啮合角、螺旋角以及主动轴转动方向对齿轮啮合刚度矩阵的影响;接着,对系统进行了固有特性分析,得到了系统的临界转速和安全裕度表;然后,基于模态叠加法,对系统进行了不平衡响应分析,对比了考虑齿轮啮合前后系统各位置处的不平衡响应变化曲线。研究结果表明,对于多对齿轮啮合的系统,齿轮间的耦合使系统之间的振动强烈,必须考虑齿轮耦合的影响,并且要结合固有特性以及瞬态响应分析来判断临界转速和振动峰值的大小。     

磁控挤压油膜阻尼器转子系统动力特性试验研究

为了改善传统挤压油膜阻尼器动力特性不可控的不足，提出了一种通过电磁效应来控制挤压油膜阻尼器动力特性的新结构，在一个双盘柔性转子系统上测量了不同磁场强度条件下磁控挤压油膜阻尼器转子系统在非旋转状态下的传递函数、在恒定转速下的运动轨道以及在慢加速运行过程中的不平衡响应曲线。结果表明了这种新型磁控挤压油膜阻尼器不仅具有良好的特性可控性，而且在设计合理的条件下还能够显著地减小转子系统的振动，是一种被动和主动兼备、具有良好发展和应用前景的转子系统阻尼结构。     

考虑杨氏模量随轴向温度分布变化的转子有限元建模方法研究

根据转子材料杨氏模量随温度的二次多项式变化函数,推导了考虑温度分布的单元刚度矩阵,给出了考虑转子轴向温度分布的有限元模型,分析了在轴向温度均匀分布、线性分布和二次多项式分布情况下转子临界转速的变化趋势。结果表明,模型可以体现转子轴向温度分布对刚度矩阵的影响,能够有效提高高温下转子临界转速的计算精度。     

发电机碳刷多点全周摩擦引起的不稳定振动分析

以发电机碳刷与转轴之间发生的摩擦振动为对象,研究这类特殊周向多点全周摩擦振动机理。根据碳刷工作原理,建立多点全周摩擦力计算模型,采用热弹性力学方法建立摩擦截面温度场和转子热弯曲计算模型,将热弯曲模型与转子振动有限元模型耦合求解振动响应。以某发电机为例进行分析,仿真分析和试验研究了碳刷轴全周摩擦振动特征。研究表明,发电机碳刷与转轴之间的多点全周摩擦会引发振动周期性波动和爬升,不稳定现象与不平衡力、碳刷-转轴不同心度和碳刷摩擦因数有关,可以通过精细动平衡、适当增大碳刷-转轴不同心度和减小碳刷摩擦因数来消除。     

转子系统热膨胀状态下固有横振频率

把转子的惯性力看成作用在轴上的外力,采用新的非线性渐近法研究热膨胀对转子系统固有横振频率的影响.     

General harmonic balance solution of a cracked rotor-bearing-disk system for harmonic and sub-harmonic analysis: Analytical and experimental approach

The effect of crack depth of a rotor-bearing-disk system on vibration amplitudes and whirl orbit shapes is investigated through a general harmonic balance technique and experimental verification. Two models of the crack, which are the breathing and the open crack models, are considered. Finite element models and general harmonic balance solutions are derived for breathing and open cracks which are valid for damped and undamped rotor systems. It is found via waterfall plots of the system with a breathing crack that there are large vibration amplitudes at critical values of crack depth and rotor speed for a slight unbalance in the system. The high vibration amplitudes at the backward whirl appear at earlier crack depths than those of the forward whirl for both crack models. Resonance peaks at the second, third and fourth subcritical speeds emerge as the crack depth increases. It is shown that the unique signature of orbits for the breathing crack model which have been verified experimentally can be used as an indication of a breathing crack in the shaft. In addition, the veering in the critical frequencies has been noticed in the open crack case.