具有不平衡-碰摩耦合故障的转子-滚动轴承系统非线性动力学研究

建立了滚动轴承支承下的转子系统的不平衡-碰摩耦合故障动力学模型.在滚动轴承模型中,充分考虑了滚动轴承间隙、滚动轴承的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VC(Varying compliance)振动,在转子系统中,考虑了不平衡和转静碰摩耦合故障.运用数值积分方法获取了系统的非线性动力响应,分析了转子旋转速度、滚动轴承间隙、碰摩刚度、转子偏心量对系统动力响应的影响,研究了系统分叉与混沌特征分析,发现了通往混沌的倍周期分叉和阵发性分叉途径.     

负载激励下采煤机永磁电机转子系统弯扭耦合振动分析

为分析不同负载激励对电机转子-轴承系统弯扭耦合振动特性的影响,以采煤机永磁电机转子系统为例建立电磁激励下的电机转子-轴承系统,并将负载激励考虑到偏心转子模型中。利用Lagrange方程推导了负载激励条件下转子系统的弯扭耦合动力学方程并基于Runge-Kutta法进行数值仿真,重点分析了不同负载激励下电机转子系统的弯扭耦合振动特性。仿真结果表明,负载激励会加剧转子偏心程度,但对转子弯曲振动的频率响应影响较小,振动响应主要由转频分量决定;而负载扰动对转子系统扭转振动响应具有不同的效果,不仅在扭振响应中激发出相应的频率成分形成多周期运动,还会明显增加扭振角幅值(0.001 rad),振动响应主要由扰动频率和二倍转频分量决定。此外,负载激励中的低频成分将激发出较大的扭转振动响应(0.03 rad),加速传动系统的疲劳损坏,影响转子系统的安全稳定运行。研究结果可为采煤机转子系统主动减振策略研究提供参考。     

径向-轴向碰摩双盘转子-机匣系统的数值仿真分析

基于一新型径向-轴向复合碰摩双盘转子-机匣力学模型,利用数值积分和Poincare映射方法,对转子-机匣系统由于径向-轴向碰摩故障导致的非线性动力学行为进行了数值仿真研究,给出了系统响应随转速和偏心量变化的分岔图和一些典型的Poincare截面图、相轨图、轴心轨迹、幅值谱图和时域响应等。研究结果表明:径向-轴向复合碰摩弯扭耦合系统具有很强的非线性,拟周期和混沌是系统碰摩的主要特征。系统参数的改变对系统响应的特征有较大的影响,随转速的增大表现为“周期→拟周期→周期→拟周期→周期→混沌”的演变过程。偏心比较小时,系统为周期1运动,超过某一值后,系统直接演化为混沌运动,或演变为拟周期运动,并最终进入混沌。碰摩时谐波成分存在,静子的频率成分较转子更为丰富,主要分布在两个区域,即1倍工频及其周围的高低频率成分,3倍工频及其周围的频率成分。静子的振动特征表现出了类似转子的演变规律。     

含不平衡-碰摩-基础松动耦合故障的转子-滚动轴承系统非线性动力响应分析

建立了滚动轴承支承下的转子系统的不平衡-碰摩-基础松动耦合故障动力学模型.充分考虑了滚动轴承的间隙、非线性赫兹接触力以及由变柔性VC(Varying compliance)振动,综合考虑了转子不平衡、转静碰摩以及基础松动故障的耦合振动.运用数值积分方法分析了转子旋转速度、滚动轴承间隙、碰摩刚度、转子偏心量及轴承座质量对系统动力响应的影响,并运用分叉图、相平面图、频谱图以及Poincar橛成溲芯苛讼低撤植嬗牖煦缣卣?发现了含不平衡、碰摩及基础松动耦合故障的转子-滚动轴承系统的非线性动力响应规律.     

高速齿轮转子系统弯扭耦合振动研究

针对实际高速齿轮转子系统,建立了考虑齿轮啮合及扭转作用的弯扭耦合非线性振动模型,推导了不平衡转子弯扭耦合振动的动力学微分方程,通过数值仿真方法得到了工作转速下齿轮转子系统弯扭耦合振动的特征图形,得出齿轮啮合、扭转作用下的齿轮转子系统弯扭耦合振动的特征,研究了偏心距、齿轮啮合刚度等参数对系统振动响应的影响规律,为齿轮转子耦合系统的结构优化设计、诊断和安全经济运行提供一定的理论依据.     

Jeffcott转子碰摩的弯扭耦合振动特性分析

针对两端刚性支承的Jeffcott转子，采用库仑摩擦模型描述了碰摩力和力矩，建立了碰摩转子的非线性弯扭耦合振动微分方程。从扭振对碰摩特性的影响和扭振碰摩特征响应两个角度，进行了碰摩特性的数值分析。通过以转速比变化为参数的分岔图发现：弯振分岔图大致可分为四个复杂运动区，有无考虑扭振的分岔图都具有周期运动、拟周期运动和复杂的混沌运动形式，但它们进入和离开这些复杂运动区的路径和在复杂区内的运动形式却有所不同；而扭振分岔图与考虑弯扭耦合的弯振分岔图存在对应关系，它也可分为四个复杂运动区，也具有周期运动、拟周期运动和复杂的混沌运动等形式。文中揭示的振动特征为转子系统的状态识别与诊断提供了一条新思路。     

转子系统振动特性演化规律研究

基于碰摩理论建立Jeffcott转子系统动力学模型,基于现代非线性动力学和分叉理论对转子系统进行深入分析,确定周期无碰摩响应的边界、碰摩运动的边界及其稳定性边界。对系统参数阻尼比和偏心率对转子系统振动响应特性随旋转速度演化规律的影响进行详细分析,得到不同振动响应演化方式在阻尼比和偏心率参数平面上的分布,给出各种转子系统响应特性随旋转速度的演化规律。分析结果有助于更好地理解转子系统的无碰摩周期运动、同频全周碰摩运动、局部碰摩运动、反向涡动失稳以及跳跃现象等动态响应特性和系统参数之间的关系。     

带碰摩耦合故障的转子-滚动轴承-机匣耦合动力学模型

建立了含转子不平衡-松动-碰摩耦合故障的转子-滚动轴承-机匣耦合动力学模型.在模型中,充分考虑了转子系统的不平衡、基础松动及转静碰摩故障的耦合;对滚动轴承模型,充分考虑了轴承间隙、轴承滚珠与滚道的非线性赫兹接触力以及由轴承支撑刚度变化而产生的VC（varying compliance）振动.运用数值积分方法获取了系统响应,并利用振幅-转速曲线图、分叉图、相平面图、频谱图、Poincaré截面图和轴心轨迹图研究了系统的分叉与混沌运动,分析了旋转速度、碰摩刚度、转子偏心量、轴承座质量、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-碰摩故障耦合下的转子-滚动轴承-机匣耦合系统动力响应规律.     

具有弹性静子的碰摩转子轴承系统非线性动力特性研究

建立了非线性油膜力作用下具有弹性静子的转子-轴承系统碰摩故障模型。采用Rugge-Kutta数值积分方法对碰摩故障进行动力学求解,得到系统响应的分岔图。对比研究了有、无碰摩故障情况下系统动力特性,分析了静子质量及碰摩刚度对转子响应的影响。分析结果表明：静子质量越大、碰摩刚度越大,转静子的耦合作用越明显;碰摩刚度较小时,产生的碰摩力较小,即使发生碰摩,对系统的动力特性影响也很小。     

不确定性激励下碰摩转子的振动响应识别

应用伪周期替代数据算法分析受不确定性激励的碰摩故障转子振动响应,对故障信号进行识别和分类。在考虑非线性油膜力及碰摩力作用的基础上,建立有界噪声激励作用下碰摩故障转子系统动力学模型,对系统振动响应信号及其相应替代数据进行对比分析与识别,应用关联维数作为检验假设的判别统计量,并结合Poincaré截面图、最大Lyapunov指数及分岔图进行验证。结果表明,替代数据算法能够有效识别此类受随机不确定激励转子系统的周期占优与混沌占优响应信号,可进一步应用于受不确定性激励转子系统的信号识别与故障诊断研究。     

双跨转子-轴承系统裂纹-碰摩故障的非线性响应研究

分析了带有裂纹-碰摩故障的具有三轴承支承的双跨弹性转子系统的复杂非线性运动。在同时考虑轴承油膜力和碰摩发生时转静件间的相对速度对非线性摩擦力的影响基础上,构造了双跨裂纹-碰摩弹性转子-轴承系统动力学模型,并对系统裂纹、碰摩及其耦合故障对系统非线性动力学响应的影响进行了数值仿真研究。单一裂纹故障时系统响应在超临界转速区有短暂的混沌运动;单一碰摩故障时系统响应在亚临界转速区有拟周期运动出现;裂纹-碰摩耦合故障时在超临界转速区有较大范围的周期4运动区间,小裂纹对系统非线性特性的影响不明显。研究结果为转子-轴承系统故障诊断、动态设计和安全运行提供了一定的理论依据和参考。     

高速转子轴承系统碰摩故障仿真研究

应用非线性动力学理论对高速碰摩转子系统模型进行了研究,得出滑动轴承支撑下的碰摩转子系统的振动特征.研究了偏心距参数对系统振动特性的影响.对建立的碰摩故障的转子系统的动力学模型应用数值积分方法进行求解,得到系统的响应,利用幅频曲线、分岔图、三维谱图研究系统响应随转速、偏心量的变化规律.为准确诊断滑动轴承支撑下的转子碰摩故障、减小系统故障发生率和提高系统动力学特性具有重要意义.     

弹性机匣-滚动轴承双盘碰摩转子系统动力学特性

提出考虑机匣弹性、轴承非线性回转动力激励、机匣与定子间弹性联接和陀螺效应的非对称悬臂双盘转子系统(简称为弹性转子系统)力学模型,利用数值积分方法分析系统在不平衡、轴承回转非线性动力激励和碰摩耦合故障下系统的分叉与混沌行为及幅频特性,分析结果表明:转子偏心矩、阻尼和转子中心与机匣中心之间的间隙对系统碰摩响应的演化规律均有较大的影响,一般情况下系统通向混沌的道路主要是周期3倍分叉,机匣弹性主要影响高阶临界转速,而轴承回转非线性动力激励主要影响低阶临界转速.     

水轮发电机组横/轴有限元振动分析

针对机械和电磁故障引起的水轮发电机组轴系振动问题,基于单节点4自由度Euler梁,将轴向位移纳入整体结构建立了单节点5自由度机组转子-轴承系统有限元模型。利用Newmark-β和Newton-Raphson相结合方法对系统进行求解,借助轴心轨迹图分别讨论了是否考虑轴向自由度和轴向电磁力下质量偏心、静偏心对系统横向振动特性的影响。结果表明：轴向自由度的加入对系统运动轨迹形态及大小起到了积极改变作用。轴向电磁力与动、静偏心下不平衡磁拉力形成电磁激励耦联效应,二者共同作用使系统横向运动振幅明显增大。因此,在水轮发电机组轴系建模及分析过程中应充分考虑轴向自由度及相关荷载作用影响。     

一种考虑径向-轴向碰摩的双盘转子-机匣系统力学模型的建立

建立一个新型径向-轴向复合碰摩转子-机匣系统力学模型,基于轴向碰摩由盘的偏转导致的假设,考虑到振动过程中转轴的挠曲线是一空间曲线,依据偏转角微小角度矢量合成原则,求解出偏转角的振动位移表达式,并以此为基础详细推导了双盘转、静子碰摩点的分布及运动微分方程。本模型既能同时描述转、静子的弯曲振动和扭转振动,又能描述转、静子间的轴向碰摩和径向碰摩,且轴向碰摩和径向碰摩既可以独立发生,亦可共同发生。所建立的力学模型为数值仿真分析,及进一步的研究径向-轴向复合碰摩系统的弯扭耦合非线性振动特性奠定了基础。     

完整约束下齿轮啮合转子系统的弯扭耦合振动稳态响应

在不脱齿等基本假设下，根据齿轮啮合原理和轮齿的齿面方程，推导了齿轮形心的横向位移和齿轮扭转角之间的约束关系式，从Lagrange方程出发，同时考虑齿轮啮合和不平衡效应，建立了直齿齿轮啮合转子-轴承系统的弯扭耦合动力学模型。分别在质量偏心和扭转激励作用下，分析了系统的弯扭耦合振动稳态响应。结果表明：两者均会引起弯曲振动和扭转振动，并且响应的幅值与系统的参数有关。     

不平衡磁拉力作用下水轮发电机组转子系统碰摩动力学分析

转子碰摩模型及其运动微分方程。利用数值积分方法,对系统由于励磁电流、转子质量偏心以及定子径向刚度变化引起的非线性动力学行为进行了研究,并给出了相应的分岔图、Poincaré映射图、时域图和频谱图。计算结果表明：UMP的存在使系统响应呈现出周期1、周期5、拟周期以及混沌等复杂的动力学现象并对其稳定性造成了明显影响;此外,较大的转子质量偏心以及定子径向刚度均有可能使局部碰摩发展为全周碰摩,对定子和转子造成巨大损害。     

弯扭耦合共振式振动时效的参激稳定性分析

研究弯扭耦合共振消减转轴的残余应力的动力稳定性,对转子-轴承系统进行有限元离散,建立动力学模型。然后,对转子-轴承系统进行模态分析,得到合适的阵型。根据共振条件在共振转速之下用Newmark法求得转轴受到扭转振动激励的弯扭耦合位移响应和动应力响应,分析了转轴弯扭耦合共振特性。当转轴从零转速上升到耦合共振转速的过程中,通过Floquet稳定性理论和Poincaré法对参数激励系统进行周期稳定性分析。研究结果表明,弯扭耦合振动时效过程中的耦合动力特性明显,且振动是稳定的,对弯扭耦合共振理论应用于振动时效领域有一定的参考价值。     

反向旋转双转子碰摩振动分析

建立了考虑内外转子碰摩影响的双转子系统动力学模型,推导出系统振动响应的动力学方程。利用分岔图,庞加莱截面图以及频谱图分析了双转子系统随转速变化时的振动响应和力学特性,以及系统发生碰摩时的各种非线性现象,并讨论了粘性阻尼系数、碰摩刚度系数和支撑弹簧刚度等系统参数对系统运动的影响。结果表明：随着转速的变化,系统会发生碰摩运动,导致拟周期和倍周期等复杂动力学行为出现;随着粘性阻尼系数的减小,系统行为变得复杂;碰摩刚度系数增加时,系统在碰摩时易发散失稳;在一定范围内,支撑弹簧刚度越大,系统的运动状态越稳定。     

转子轴系弯扭耦合振动的次同步谐振分析

考虑次同步谐振对汽轮发电机转子轴系的影响,建立了低压缸转子和发电机转子弯扭耦合振动系统的非线性动力学模型。质量偏心是引起弯扭耦合振动的重要因素,偏心量越大弯扭耦合越明显。应用平均法得到系统的分岔方程,通过奇异性理论分析得出：转迁集将参数平面划分为四个不同区域,在不同的参数区域内系统的运动模式不同。应用解析和数值的方法分析了系统的分岔特性比较发现：在次同步谐振作用下,仅考虑扭转振动是不全面的,应该将弯曲振动和扭转振动同时考虑更为合理。该结果可以为该系统的参数设计和故障诊断提供理论依据