轴承摩擦力作用下弹性支承轴系自激振动特性研究EI北大核心CSCD

以重力式水洞中的弹性支承轴系为研究对象,研究其在水润滑橡胶轴承摩擦力作用下的自激振动特性及其机理。实验结果表明,系统于某一确定转速产生自激振动,并随转速下降维持不变直到一个较低转速由于驱动力不足而消失,各个转速下的自激振动均表现为转速调制下的单阶模态失稳。为了研究自激振动机理,建立了弹性支承轴系动力学模型。在建模时,将轴系分为弹性支承和转轴两个子结构,分别获取固有振动频率和模态振型,建立在轴承界面摩擦力作用下的支承-转轴耦合动力学模型,并采用模态叠加法对模型进行降阶处理。采用四阶Runge-Kutta方法求解动力学方程,分析主要物理参数对系统的影响。分析结果表明,失稳模态为支承的小阻尼扭转振动模态,支承振动与轴承摩擦耦合作用是系统失稳的主要原因。     

轴承摩擦力作用下弹性支承轴系自激振动特性研究

以重力式水洞中的弹性支承轴系为研究对象,研究其在水润滑橡胶轴承摩擦力作用下的自激振动特性及其机理。实验结果表明,系统于某一确定转速产生自激振动,并随转速下降维持不变直到一个较低转速由于驱动力不足而消失,各个转速下的自激振动均表现为转速调制下的单阶模态失稳。为了研究自激振动机理,建立了弹性支承轴系动力学模型。在建模时,将轴系分为弹性支承和转轴两个子结构,分别获取固有振动频率和模态振型,建立在轴承界面摩擦力作用下的支承-转轴耦合动力学模型,并采用模态叠加法对模型进行降阶处理。采用四阶Runge-Kutta方法求解动力学方程,分析主要物理参数对系统的影响。分析结果表明,失稳模态为支承的小阻尼扭转振动模态,支承振动与轴承摩擦耦合作用是系统失稳的主要原因。     

摩擦激励下螺旋桨推进轴系自激振动特性分析

水润滑轴承摩擦诱导的螺旋桨推进轴系振动是造成舰艇艉部高频振动噪声的重要诱因。针对摩擦诱导的螺旋桨推进轴系非线性自激振动特性进行研究。基于拉格朗日方程和模态叠加方法建立摩擦激励下螺旋桨推进轴系的非线性动力学方程,轴承—轴颈的动摩擦特性采用速度依赖型的Stribeck摩擦模型进行描述,同时考虑非线性摩擦、扭转振动和横向振动的耦合作用。运用Newmark-β和Newton-Raphson迭代相结合的方法求解系统非线性动力学响应。分析结果表明,在摩擦激励自激振动作用下系统动力学特性均被激发,系统的弯扭耦合振动特性易诱发螺旋桨推进轴系产生摩擦自激振动现象。     

螺旋桨推进轴系摩擦自激扭转振动研究

螺旋桨推进轴系中,转子扭转振动和轴颈-轴承非线性摩擦的耦合可诱发自激振动。为研究轴系摩擦自激扭振的形成机制和基本规律,采用速度依赖型的Stribeck摩擦模型描述轴承-轴颈的动摩擦特性,通过拉格朗日方程和主振型叠加法建立了推进轴系摩擦自激扭振的非线性动力学模型。其后利用多尺度法分析了自激扭振发生的临界参数条件和基本规律,运用数值积分方法进行了动力学响应计算,并研究了主要物理参数对轴系摩擦自激扭振产生条件的影响。研究方法和结果可为推进轴系系统设计提供必要的理论参考。     

轴-壳耦合系统摩擦振动

推进轴系与壳体的组合是水下航行器的主要结构,而艉轴承支撑轴系与壳体连接中最大负载。采用有限元法与子结构模态分析法综合,建立轴系-壳体耦合结构有限元模型及子结构耦合模型,研究该耦合系统在摩擦激励下的振动特性,分析了摩擦引起系统自激振荡的影响因素及摩擦振动引起系统粘-滑运动的特点。旨在建立准确的轴、壳耦合系统振动的原理模型,分析摩擦力下系统振动响应。     

轴系运行工况对轴系-基座-壳体耦合振动影响研究

螺旋桨推进轴系与船体艉部耦合振动是制约船体减振降噪的重要因素,研究其成因机制和影响因素对于识别和有效控制船体艉部振动和噪声具有重要意义。故从轴系运行状态着手,基于有限元转子动力学理论,对轴系-基座-壳体耦合振动影响因素如轴系运行工况、校中状态及激振力等进行分析。在直线校中状态下,选定轴系四种运行工况,运用雷诺方程计算各工况下支撑轴承压力分布及八动力特性参数,引入轴承润滑油膜和水膜刚度和阻尼矩阵,将各支撑轴承离散成多点支撑,在此基础上建立轴系-基座-壳体系统有限元模型,计算多激励下系统动力响应,采用有限元功率流分析各工况下支撑轴承传递特性对系统耦合振动的影响。结果表明,不同工况下轴承支撑特性会导致系统耦合振动特性不同,经轴系传递到壳体上的功率流也会产生相应变化,最终将会引起不同的辐射噪声。     

推力轴承油膜刚度对轴系－艇体结构 耦合振动的影响研究

在轴系－艇体结构耦合系统中,推力轴承是轴系与艇体结构振动耦合的关键部件之一,其阻抗特性直接决定了纵向脉动力到艇体结构的传递特性,对系统的耦合振动有着至关重要的影响。对推力轴承的动力学特性进行研究,得到在螺旋桨不同转速下的推力轴承油膜刚度,并将其应用于轴系－艇体结构耦合系统的动力学模型中,进而对不同转速下的轴系－艇体结构耦合振动进行分析。结果表明,推力轴承油膜刚度在中低转速条件下是纵向脉动力向艇体结构传递的重要影响因素,因而对螺旋桨纵向脉动力诱导的艇体结构振动与声辐射的预报和控制必须对其加以考虑。     

含电磁轴承的推进轴系横向振动特性研究

推进轴系振动通过轴承基座激发壳体结构,从而引起结构辐射噪声。针对推进轴系横向振动控制问题,提出采用电磁轴承抑制支承振动传递的方法。建立了包含电磁轴承的轴系动力学模型以及相应的轴系横向振动计算方法,分析了电磁轴承等效刚度对轴系振动特征和振动传递的影响规律,从理论上说明了电磁轴承用于刚度控制的可行性。仿真结果表明,轴系横向振动频率随电磁轴承刚度变化而变化,通过改变含电磁轴承的支承等效刚度,可调节轴系在不同转速下运行时的力传递特性,减小螺旋桨振动通过轴系向壳体传递。     

推进轴系橡胶艉轴承刚度等效研究

研究推进轴系橡胶艉轴承刚度等效方法,给出重力作用下的轴系艉轴承的等效支承位置及刚度。建立转轴-轴承非线性接触有限元模型,获得轴承表面压力和位移分布,然后采用单点、多点支承模型进行刚度等效。结果表明,单点支承等效可以较为准确地描述转轴位移,但转角不够准确;5点支承等效较单点支承等效具有更高的精度,可以较为准确地描述轴系变形,而且动刚度等效也能较准确地描述频响特性(微幅振动条件下),尤其对于低频区域(小于60 Hz),与转轴-轴承接触模型的计算结果几乎一致。     

气浮轴承-转子系统振动特性实验研究

针对高速气体润滑轴承-转子系统存在低频振动现象,考虑气膜压力与弹性支承对轴系振动特性的影响,开展低频振动特性实验研究.采用了轴系模态分析方法,得到不同轴承供气压力下的转子的模态固有频率,采用非线性测试及分析方法,研究了低频振动及其抑制后的轴心轨迹、频率耦合三维谱图、频谱图和分岔图等非线性特征,结果表明:基础下加硅胶垫后,能够降低转子通过临界转速的幅值,推迟低频振荡的发生.     

变阻尼“O”型圈支承柔性转子动力学试验研究

建立由动静压混合气体轴承支承的10 kg单跨柔性转子试验平台以开展不同阻尼"O"型圈支承下气体轴承-转子系统动力学特性试验研究。基于该试验台,进行了相同气体轴承供气压力下,丁腈,氟胶,硅胶三种不同阻尼材料"O"型圈支承轴系的动力学特性试验。试验中轴系经过平动临界、锥动临界、一阶弯曲临界三阶临界转速,在前两阶临界处轴系振动幅值基本相同,在一阶弯曲临界转速处振幅增加,升速率降低。转速大于一阶弯曲临界转速时,丁腈、氟胶"O"型圈支承轴系出现低频振荡,振动幅值增加现象。试验表明:提高"O"型圈支承阻尼,如采用丁腈"O"型圈,可以提高一阶弯曲临界转速轴系稳定性,但会造成度过一阶弯曲临界转速后低频振荡出现转速提前,低频幅值增加,加大转子失稳风险。     

基于主动艉支承的推进轴系横向振动抑制仿真与实验研究

提出一种基于主动艉支承的推进轴系横向振动传递控制方法,以抑制水下航行器的低频声辐射。该方法将传统的艉轴承支承方式由面支承改为点支承,通过六个主动作动器抑制螺旋桨横向激励力经由艉轴承向壳体的传递。建立包含主动艉支承的螺旋桨-推进轴系-壳体耦合系统动力学模型,分析系统振动传递特性及控制策略可行性;结合自适应控制算法,计算螺旋桨横向激励下的振动传递抑制效果。构建包含主动艉支承的螺旋桨-推进轴系-壳体实验系统,进一步验证控制方法的有效性。仿真与实验结果均表明主动艉支承对于螺旋桨横向激励力经由艉轴承向壳体的传递具有明显抑制效果,可有效降低壳体表面法向振动。     

水润滑橡胶轴承摩擦特性的实验研究

通过测试水润滑橡胶轴承的摩擦力矩,定量分析平面型水润滑橡胶轴承摩擦特性与主轴转速、轴承比压以及回旋振动载荷之间的关系,并建立相应的摩擦因数模型,为准确预测系统在轴承摩擦激励下的振动响应特性提供重要支撑。结果表明,橡胶轴承摩擦因数随着主轴转速升高而减小;相对于磨合初期,充分磨合后的橡胶轴承摩擦因数对主轴转速变化更加敏感;相对于磨合初期,轴承比压对充分磨合后橡胶轴承摩擦特性的影响较小;回旋振动载荷对橡胶轴承摩擦因数的影响主要体现在主轴中速段。     

基于主动支承的推进轴系横向振动传递控制方法研究

为减小螺旋桨激励下推进轴系的横向振动传递,提出了一种基于主动支承的控制方法。该方法在艉轴承处按垂直、水平两个正交方向布置连接艉轴承与壳体的主动支承,支承内部安装电磁作动器并采用直接速度反馈,抑制螺旋桨横向激励通过艉轴承支承向壳体传递,降低螺旋桨横向脉动力诱发的壳体表面振动与声辐射。建立了桨轴系-主动支承-壳体的耦合动力学模型与壳体声辐射计算模型,通过仿真揭示了主动支承对螺旋桨激励下的壳体表面声功率具有明显的抑制效果,还给出了原理性实验验证,结果表明正交主动支承能够衰减轴端激励引起的壳体表面法向振速。     

基础激励下转子-轴承-支座系统动力学特性研究

针对基础激励影响转子轴承系统动力学特性问题,提出基于有限元和集中质量法的转子系统耦合动力学模型,分析基础激励对系统动力学特性的影响规律。模型中,转子采用梁单元离散建立有限元模型,滚动轴承考虑非线性接触力和间隙影响,支承阻尼环采用Kelvin-Voigt 线性力学模型表征其力学特征。通过Runge-Kutta 数值方法研究基础位移激励对系统动力学行为的影响规律;在此基础上,基于遗传算法对支承阻尼环的动力学参数进行优化设计。结果表明：基础在水平或垂直方向上的位移激励不仅对该方向转子振动有影响,对其他方向振动也存在一定影响;基础激励频率不等于滚动轴承VC(Varying Compliance)频率或其谐波频率时,系统中出现了组合共振现象;同时,经优化设计后,基础激励对系统动力学行为的影响显著降低。研究结果为基础振动下转子轴承系统的动力学分析提供了理论支撑。     

含轴承倾斜不对中的行星轮系‑转子系统动态特性研究EI北大核心CSCD

针对某履带车辆汇流行星排传动系统支撑轴承存在的安装不对中问题,建立了含轴承倾斜不对中的行星轮系⁃转子系统动力学方程。理论推导了可考虑球轴承分别处于内/外圈倾斜不对中故障条件下的轴承力模型。将该模型与行星轮系集中质量模型以及转子有限元模型耦合,得到了行星排传动系统动力学模型。分析了轴承不对中对系统动态特性的影响,并讨论了滚道曲率半径和轴承间隙等参数对系统动力学特性的演变规律。结果表明,倾斜不对中使轴承接触力急剧增大;接触角、接触刚度、轴承间隙产生周期性波动;变柔度振动频率幅值增大,系统振幅降低。提高滚道曲率半径和轴承初始间隙会增大变柔度振动。但适当选择较大的轴承间隙,可抵消轴承安装不对中造成的不利影响。     

圆柱滚子轴承多体接触动力学研究

考虑滚子和套圈、滚子和保持架、保持架和引导套圈的动态接触关系,提出了机械系统中圆柱滚子轴承多体动力学分析的新方法。基于圆柱套圈滚道的三角网格模型,实现了圆柱滚子和套圈滚道的动态接触力的预测搜索算法,进而建立了计及润滑摩擦作用和Hertz接触作用的圆柱滚子轴承的三维多体接触全动力学模型。运用广义-α方法计算分析了不同工况条件下圆柱滚子轴承的动态特性和保持架的稳定性,获得了不同工况下轴承的运动轨迹、角速度、滚子和倾斜扭转振动、动态接触力,拖动力和相轨迹等动态响应的变化规律。计算结果表明低速或较小径向力下,滚子和保持架的拖动力相对较小且不稳定,滚子和保持架侧梁、外圈挡边之间存在明显的频繁接触冲击作用,内圈中心的振动位移相对较大,保持架中心的径向平面运动轨迹形成不稳定的近似圆周运动,圆柱滚子轴承的运动稳定性相对较差。随着转速或旋转径向力的增加,保持架中心的径向平面运动轨迹为圆周运动和单周期的相轨迹运动,保持架中心的轴向振动明显,滚子倾斜扭转振动相对较小。     

轴系校中状态对艉轴承力传递特性影响

船舶轴系的弯曲振动通过艉轴承传递到船体引发船体艉部振动并产生噪声,是影响船舶舒适性和安全性的主要因素之一。船舶轴系由于较大的自重和出于对轴承保护的原因必须进行轴系校中,校中过程中轴承垂向位置的变化将会改变各轴承所受载荷,继而改变轴承刚度,影响轴系振动特性及轴承处的力传递特性。为此,利用传递矩阵法建立轴系校中和弯曲振动模型,对一轴系实例分别进行直线校中和以艉轴后轴承静载最小为目标的优化校中,求得两种不同校中状态下各轴承处受力响应,研究发现两种校中方式低频段相差微小,在高频段有明显区别。     

滚动轴承-偏置转子系统涡摆耦合动力学特性研究

建立了滚动轴承-偏置转子系统涡摆耦合动力学模型,模型中考虑了转子偏置量及圆盘摆振,滚动轴承模型中考虑了轴承游隙、非线性赫兹接触力及变刚度VC(Varying Compliance)振动等因素。采用数值方法对不同偏置量下,有无考虑圆盘摆振时系统动力学响应进行了计算与比较;分析了轴承游隙变化对不同偏置量的转子动力学性能的影响。结果表明:考虑圆盘摆振时偏置转子的非线性动力响应特征明显增强;相同转速下,不同偏置量的转子系统中频率成分亦不相同;转子偏置程度越大,系统临界转速对轴承游隙变化的敏感度越高。     

基于多体接触瞬态动力学支承不同心模拟分析方法

以典型带中介轴承的发动机高压转子系统为研究对象,提出一种基于多体接触瞬态动力学的发动机转子支承不同心故障等效模拟分析方法,建立了高压转子-轴承-局部支承系统的多体动力学模型。在轴承受力分析的基础上,通过对接触运动状态非线性模拟和支承结构柔性化,研究了单个滚珠、滚珠与轴承外圈、轴承外圈与支承结构的瞬态接触力、力矩以及支承结构振动响应,得到不同心故障特征的产生机理和传递规律。结果表明:压紧区、松脱区以及单个滚动体与内外圈的相对位置变化产生的复杂相互作用是滚动体接触力复杂频率成分产生的直接原因;全部滚珠与外圈的瞬态接触力合力及合力矩是产生不同心故障特征的激励源;轴向振动工频及倍频是不同心故障的典型特征;轴向和径向2倍频、3倍频相对工频幅值的大小可表征不同心故障的严重程度。本文所得结果可为燃机不同心故障分析诊断提供参考。