质量比及偏心距比对转子随机响应的影响

为了研究系统参数的变化对转子系统随机响应的影响,以悬臂双盘弹性转子系统为研究对象,并将机匣间弹性、机匣与定子间连接弹性及不平衡陀螺力矩等影响因素考虑进来,建立了系统随机运动微分方程。运用虚拟激励法,通过计算机软件进行计算模拟,讨论并分析了转子系统在同时受到不平衡随机激励、轴承回转随机动力激励及随机地震激励作用下,机匣与圆盘间质量比及两圆盘间偏心距比的变化对转子系统随机响应的影响。分析表明:较小的质量比对转子系统低频转动有利,较大的质量比对转子系统高频转动有利;偏心距比不宜取值过大,这有利于转子系统的稳定运行。     

双转子-支承-机匣耦合系统碰摩振动响应分析及试验验证

以某型航空发动机双转子试验器为研究对象,采用Newmark-β数值积分方法求解系统的动力学响应,在考虑高低压转子中介轴承的耦合和机匣的弹性变形及其运动的基础上,建立了碰摩故障双转子-支承-机匣耦合系统动力学模型,理论分析了转速、转子偏心量和碰摩刚度对转子系统动力学特性的影响并进行了相关试验。研究结果表明：发生碰摩故障时,转子和机匣测点频谱分析图中会出现转子的倍频和组合频率,可将其作为判断系统发生局部碰摩的特征信号;随着转子偏心量和碰摩刚度的增大,碰摩幅值响应愈加明显,碰摩程度亦愈加严重;机匣测点振动量值存在衰减,后续理论建模过程中应考虑传递过程的衰减。本研究结论可为碰摩故障机理的探究和碰摩故障的诊断提供参考。     

基于热气弹耦合的悬臂式箔片气体动压轴承动态特性分析

在考虑气膜与弹性箔片的耦合作用,以及可压缩动压流体热效应和热传导影响的基础上,建立了悬臂式箔片气体动压轴承热气弹耦合性能计算模型,并据此分析了箔片数目、长径比和偏心率对轴承动态特性的影响。研究结果表明:随着箔片数目的增加和长径比的增大,轴承刚度系数和阻尼系数逐渐增加;在大偏心率下,箔片会产生较大变形并调整气膜厚度,故轴承刚度系数有所下降。因此,对于悬臂式箔片气体动压轴承支承的转子系统而言,可通过优化轴承箔片数目、厚度、长径比等结构参数提升系统动态性能及稳定性。     

柔性联接CMAC控制电液伺服系统位置跟踪研究

电液位置伺服系统由于响应速度快,功率体积比大,干扰抑制强等优点,在大惯量重载荷场合应用极其广泛。在大惯量情况下考虑柔性联接因素对电液位置伺服系统响应的稳定性和精度影响相当重要;通过机理建模的方法推导出包含负载弹性及负载与液压缸输出端柔性联接的非线性动力系统传递函数模型,对非线性动力系统传递函数模型进行模拟仿真和实验验证,进而分析柔性联接处弹性刚度对系统动态响应的影响。结果表明:考虑柔线联接机构时系统前期动态响应有延迟,但趋于稳定后控制精度和稳定性有所改善;对含柔性联接非线性动力系统的传递函数模型进行基于常规PID控制方法和CMAC算法控制器的实验验证可知,考虑柔性联接处弹性刚度的机理模型更加符合大惯量实际工况,CMAC算法控制器可以对柔性联接电液位置伺服系统中的参数进行优化,可提高电液位置伺服系统的跟踪性能。     

弧齿锥齿轮传动系统的耦合振动分析

基于集中参数理论，建立了弧齿锥齿轮的多自由度弯曲-扭转-轴向移动-扭摆等耦合振动的三维空间动力学模型。模型中考虑了传动轴和轴承的弹性变形以及齿轮的啮合刚度激励、误差激励和啮合冲击激励。在此基础上，对弧齿锥齿轮传动系统的动态响应进行了数值仿真分析，得到系统的动态响应。     

圆柱腔小孔节流空气静压轴承动力学性能研究

为研究轴承参数对气膜刚度、阻尼特性的影响,以圆柱腔小孔节流空气静压支承轴承为例,基于动网格方法,采用数值仿真计算分析轴承气膜在外激励下的动载荷响应特性,计算气膜承载力、刚度和阻尼;考虑气膜厚、气腔尺寸、小孔孔径、供气压与激励特性,基于正交试验设计构造正交表,进行采样计算,采用径向基神经网络模型拟合得到承载力、刚度和阻尼与轴承参数的相关性数学模型;基于得到的数学模型,分析气腔尺寸对轴承动力学性能的影响。研究表明:由于挤压膜效应,激励频率的增加可使气膜刚度增加、阻尼降低;当轴承间隙气容更小时,刚度随激励频率的增加更快。     

鼠笼式弹性支承-圆柱滚子轴承-转子系统振动分析

考虑圆柱滚子轴承非线性接触力、保持架能量、鼠笼刚度、转子不平衡以及它们之间的力学耦合关系,基于拉格朗日方程建立鼠笼式弹性支承-圆柱滚子轴承-单转子系统动力学分析模型,结合龙格库塔数值积分方法,并对该模型动力学仿真分析,分析了不同转速区域鼠笼式弹性支承-滚动轴承-转子系统振动响应的分岔特性,结果表明:两支点的鼠笼式弹性支承-圆柱滚子轴承-单转子系统受到组合支承非线性支承力的激励作用下,呈现丰富多样的运动周期变化,相比于高转速区域的系统振动响应,低转速区域的系统振动响应混沌现象更易出现。高转速区间可以对系统建模分析进行线性近似处理,更方便地对系统振动进行控制与优化。     

转子—滚动轴承—机匣耦合系统的不平衡/松动耦合故障非线性动力学

建立含转子不平衡/松动耦合故障的转子-滚动轴承-机匣耦合系统动力学模型.在模型中,考虑转子不平衡和轴承座松动故障的耦合、滚动轴承间隙、滚动轴承滚珠与滚道的非线性赫兹接触力以及由滚动轴承支撑刚度变化而产生的变柔性振动.运用数值积分方法获取系统响应,并利用振幅-转速曲线、分叉图、相平面图、频谱图、Poincaré断面图和轴心轨迹图研究系统的分叉与混沌运动,分析旋转速度、轴承座质量、转子偏心量、轴承座与机匣间的连接刚度以及机匣与基础间的连接刚度对系统响应的影响,得到了在不平衡/松动故障耦合下的转子-滚动轴承-机匣系统动力响应规律.     

发动机转子-滚动轴承系统的振动性能研究

针对发动机转子 滚动轴承系统建立了有限元模型,将弹性轴段、刚性圆盘和弹性支承的动力方程集结后得到系统振动方程,分析计算了支承刚度对系统固有频率的影响。将转子不平衡惯性力和轴承支反力作为激励,求解了系统的稳定响应,得出了合理设计支承刚度和阻尼,可以改善转子系统的振动特性的结论。通过转子系统模拟实验,对该结论进行了验证。     

高速滚动轴承-转子系统时变轴承刚度及振动响应分析

高速滚动轴承广泛应用于机床主轴、航空发动机等转子系统中。在复杂运行工况下,滚动轴承的刚度表现出强烈的时变特性和非线性特性,往往是系统非线性的主要根源。考虑离心力、陀螺力矩、轴承内圈离心膨胀和热变形等因素,建立高速滚动轴承力学模型,计算轴承的时变刚度。将滚动轴承非线性模型与转子有限元模型集成,建立滚动轴承-转子耦合系统动力学模型。以FAG角接触球轴承(HCB7012E)为例,分别计算静载荷作用下的内外圈轴向、径向相对位移,并与舍弗勒轴承分析软件BearinX?的计算结果进行比较,验证了模型对静态位移仿真的精度。在不同轴承预紧状态下,仿真滚动轴承-转子系统在不平衡激励下的振动响应,并与试验结果比较,验证了模型仿真系统动态响应的精度。利用一个背对背安装的角接触球轴承-转子系统,研究在静载荷、不平衡载荷激励作用下滚动轴承刚度的变化规律,并计算时变轴承刚度作用下转子的时域振动响应及频域特征,为高速滚动轴承-转子系统设计、动力学分析与故障诊断提供依据。     

轴承载荷对转子系统各支承的耦合振动分析

以多支承转子 轴承 弹性基础系统为研究对象,对多支承转子系统某支承处轴承载荷变化引起不同支承点处轴及轴承的耦合振动响应进行了研究。首先,建立了多支承转子系统支承间的耦合振动模型,并进行了仿真和试验,耦合振动模型考虑了每个支承处的油膜耦合效应,通过轴承载荷敏感度矩阵得到各支承耦合力;然后,利用龙格库塔法对油膜刚度为定刚度和动刚度两种情况下的转子系统进行了数值分析及仿真;最后,在8支承转子试验台上进行试验,采取改变某一支承处的位移来得到轴承载荷的变化,并提取各支承处的振动信号。结果表明,轴承位置在稳态和瞬态两种情况下改变时振动响应明显不同,油膜刚度为动刚度的分析结果更为合理。     

柔性支承下的大型离心压缩机转子振动特性

支承刚度对转子系统的动力学特性具有重要影响。针对大型离心压缩机转子在高速平衡条件下和实际运行工况下的支承刚度差异导致的振动问题开展研究。由于高速动平衡机的摆架刚度较低,使得一些大型离心压缩机的轴承油膜刚度与支承刚度几乎相当,导致2阶弯曲临界转速大幅降低,从而使得转子振动超标,高速动平衡难以满足标准要求。结合实际案例分别进行不考虑支承刚度及带有动平衡机摆架刚度的转子动力学分析,并对轴承瓦块、轴承座、机壳、底座进行有限元分析,获得压缩机转子的基础刚度。结果表明,考虑支承刚度的转子2阶临界转速出现了11.1%～18.3%的下降,1阶临界仅下降3.6%～7.3%,与高速动平衡试验结果吻合较好,实际支承刚度因大于轴承刚度3.5倍,机械运转试验显示1阶临界、2阶临界转速未有实质性下降,且振动满足API617标准要求,与不考虑支承刚度的转子动力学分析结果基本一致。     

含柔性转子的齿轮-轴承系统动态特性分析

为了分析齿轮系统动力学中的全耦合振动,提出采用虚拟样机建模的方法,将柔性转子引入到啮合耦合系统中,考虑齿轮时变啮合刚度、齿侧间隙和轴承间隙的影响,建立齿轮-柔性转子-轴承系统虚拟样机模型,通过求解模型的动力学方程得到系统的非线性动力学响应。仿真结果表明:考虑柔性转子的耦合系统,啮合冲击峰值下降明显;转子柔性增加,齿轮低频扭转振动出现"拍"现象;高速轻载时啮合振动非线性特性增强;轴承间隙增大使啮合力振动幅值显著增大。     

The nonlinear and ball pass effects of a ball bearing on rotor vibration

A ball bearing is generally assumed as a linear spring in rotor dynamic analysis. In real case, the force equilibrium of the bearing is changed as the relative position, of each ball with respect to the direction of radial force. So, the stiffness of the bearing is also changed and is a function of time and position. In this study, the nonlinear characteristics of a ball bearing are considered in analyzing the vibration response of a rotating shaft due to an unbalance force. A finite element method is used to analyze the vibration characteristics of a rotor-bearing system and a direct numerical integration is performed to calculate the transient response of the rotor system. The responses are converted to the frequency domain and the effects of the parametric excitation due to a ball bearing are examined. The test rig for the investigation of the effect of a ball bearing on the rotor vibration is set up and the results are compared with those of numerical calculation. The calculation results show that the amplitudes of the nonlinear model are larger than those of the linear one. The frequencies of the calculations can be matched to the measured frequencies.     

Characteristics analysis of aero-engine whole vibration response with rolling bearing radial clearance

For the influence of rolling bearing radial clearance on the whole vibration in the aero-engine whole system, a real engine rotorbearing- casing whole model is established. The rotor and casing systems are modeled by means of FEM; the support systems are modeled by lumped-mass model; rolling bearing radial clearance and strong-nonlinearity of Hertz contact force at four different supports are considered. The coupled system response is obtained by the numerical integral method. The characteristics of the whole vibration response are analyzed. For rolling bearing at a typical support, the rotor, outer ring of rolling bearing and casing response characteristics at different rotating speeds are analyzed. The changing law of contact forces for each ball and the global contact forces at different speeds are analyzed. The influence of the radical clearance on the contact forces on the whole vibration is analyzed. The results show that the contact forces will be larger and the acceleration amplitude jumps obviously when the radial clearance is increased, and due to the variable stiffness of the rolling bearing, the natural frequency will appear when the stiffness changes fiercely, that is frequency-locked phenomenon. When the radical clearance is larger and the rotating speed is between two critical speeds, the rotor squeezes the outer ring now and then. Reducing the radical clearance can reduce the whole vibration and increase the rotor’s stability.     

基于叶轮转子系统下的干气密封轴向振动分析*

为探究基于叶轮转子系统下干气密封轴向振动特性,基于干气密封结构特性,建立叶轮转子-轴承-干气密封系统轴向振动模型,采用待定系数法进行求解,推导得出静环轴向振动幅值表达式;建立叶轮转子-轴承-干气密封系统几何模型,运用ANSYS Workbench软件进行模拟仿真计算,分析气膜刚度和激振力对轴向振动的影响。结果表明:气膜刚度对动、静环振动幅值的影响不大;动、静环振动频率相同、振动幅值相同,说明动、静环的追随性高,其间隙稳定,从而保证干气密封的稳定运行;动、静环位振动幅值与激振力成正比关系,说明激振力严重影响干气密封的稳定性,为提高干气密封的稳定性,应平衡好叶轮的轴向激振力。     

斜盘式轴向柱塞泵转子系统动态特性分析

以滑靴副和配流副为切入点,明确了柱塞泵转子与壳体之间的作用关系;进一步借助转子动力学和有限元方法,分析了斜盘式轴向柱塞泵转子系统的动态特性。在考虑柱塞泵转子系统中柱塞-滑靴组件的非对称分布的基础上,建立了柱塞泵转子有限元模型,使用结构载荷代替转子与壳体间的作用关系,对柱塞泵转子和壳体进行切分,计算了柱塞泵转子所受的稳态激励;基于所建模型计算了柱塞泵转子的瞬态响应,分析了转子轴承刚度特性对响应结果的影响。得到了柱塞-滑靴组件对柱塞泵转子的偏心作用可等效为一恒定偏载这一规律,确定了轴承刚度变化对转子响应的频率成分影响,为进一步计算柱塞泵壳体的结构振动响应和壳体结构优化奠定了基础。     

带弹性环保护轴承的动力学特性

提出在传统保护轴承外圈加弹性环来提高其在主动磁悬浮轴承(Active magnetic bearing,AMB)系统中的工作性能。为完善转子跌落仿真模型,得到AMB失效前转子准确的运动状态,理论推导得到AMB的支撑动刚度曲线,进而基于有限元分析方法得到转子在其支撑下的模态,并与试验结果进行对比,验证所得刚度曲线的正确性。在刚性转子理论基础上,建立转子在AMB系统中的动力学模型。基于Hertz接触理论,分别建立AMB失效后转子与保护轴承内圈之间的碰撞模型和保护轴承的实时动刚度模型。根据所建立的模型,对不同弹性环支撑刚度阻尼在不同初始转速下跌落后的动力学响应进行仿真计算,并与无弹性环状态下跌落结果进行对比。仿真分析结果表明,选用合适的弹性环有利于降低转子跌落后的振动幅值和碰撞力。分别在不同初始状态下进行跌落试验研究,试验结果与理论分析结果基本相符。     

立式循环泵转子系统动态特性分析

运用ANSYS软件对换热站立式循环泵转子进行有限元模态分析。在Solidworks软件中建立泵转子的三维实体模型,导入ANSYS有限元软件进行模态分析,采用LMS test. lab振动噪声测试系统进行数据采集和分析后处理。研究了支撑方式和轴承刚度对泵转子系统固有频率的影响规律,为泵的结构优化提供理论基础,为转子结构的动态响应分析提供理论依据。