高速齿轮轴系统的动态特性分析

高速轴的固有特性和其质量不平衡响应严重影响高速齿轮箱的运行工况和使用寿命。针对高速齿轮轴建立了系统多分布质量模型,采用传递矩阵法,分析了轴系的固有频率及其不平衡响应,得到转子本身及转子支撑系统的固有特性以及轴系在相同位置、不同工况下的不平衡响应。通过分析各种情况下不平衡响应的特性,考察轴系上齿轮啮合点处的不平衡响应,进而反应齿轮啮合点处的工作情况,为高速齿轮箱的设计制造提供依据。     

透平机械三转子四支撑轴系不平衡振动特性

针对汽轮机、压缩机等透平机械三转子四支撑轴系经常发生不平衡振动现象,研究轴系中各转子振型不平衡的响应特性。采用有限元法构建三转子四支撑轴系动力学有限元模型,分别在各跨转子上施加一阶、二阶弯曲振型不平衡,分析高低转速下轴系的涡动轨迹,以揭示各转子振型不平衡与轴系振动响应的关联。通过搭建的三转子四支撑轴系转子振动实验台,开展各跨转子不平衡激励下轴系振动响应测试,分析共振点和幅、相频特性,得出结论:这类轴系跨内加重振动响应由轴系模态振型和激励类型共同决定,兼具有转子外伸端振动特性。该结论可为消除这类三转子四支撑轴系不平衡故障提供参考。     

航天伺服超高速涡轮泵转子动力学特性研究

为研究航天伺服系统用小型超高速涡轮泵工作过程中的振动特性,针对涡轮泵的轴系进行转子动力学分析.使用有限元软件ANSYS进行APDL参数化建模仿真的方法,计算了转子的临界转速、模态振型.对转子不平衡质量力在多种分布条件下的动力学响应进行研究,得出轴系最佳响应对应的不平衡质量力分布方式,以及在二阶临界转速下涡轮泵轴系的振动及支承反力控制方法,具有工程应用价值.     

电磁轴承支承下轴系转子模态及振动响应分析

为得到电磁轴承支撑下轴系转子的模态频率分布位置及不平衡振动响应规律,以600 Wh飞轮储能系统为研究对象,采用控制变量法分析磁轴承刚度与阻尼随控制参数的变化规律,进而确定电磁轴承支承的边界条件。以此建立轴系转子的有限元模型,利用ANSYS软件缩减阻尼法求取轴系固有频率点及振型;而后以转子不平衡量为体载荷,通过谐响应分析方法得到轴系的稳态不平衡响应曲线,分析其规律。最后进行系统充电实验。研究表明:轴系的固有频率分布在工作转速区域之外;在质量不平衡作用下轴系的位移响应随激振频了升高而降低;实验结果与前述分析基本一致,说明研究方法有效可行。     

减速器输入轴系转子系统不平衡响应分析

通过对某带式输送机减速器输入轴系转子系统进行受力分析,得到其数学模型,并讨论了齿轮和带轮由于具有偏心不平衡质量而产生的不平衡响应。利用有限元分析软件ANSYS建立其有限元模型,得到了不平衡响应中的轴系轴线的幅频特性曲线和轴线轨迹。通过分析可知输入轴系的额定转速低于一阶临界转速,转子主轴属于刚性转子。ANSYS仿真分析结果和理论计算结果吻合较好。     

基于ANSYS的大型屏蔽电机泵转子系统建模及动力学分析

基于ANSYS建立了大型屏蔽电机泵转子系统的有限元模型,通过模态分析和谐响应分析研究了陀螺效应对转子系统临界转速和质量不平衡响应的影响。分析结果表明:陀螺效应对临界转速计算结果影响较大,转子动力学分析时应考虑陀螺效应;考虑陀螺效应后,转子系统临界转速大于设计临界转速;各测点质量不平衡响应一次共振峰值小于横向振动设计限制;叶轮中心和上、下飞轮中心振幅远大于其它位置振幅,为易振动部位,实际运行中应重点选择这些位置进行振动监控。     

铁路机车牵引电机临界转速和不平衡响应分析

轴的抗弯刚度是影响转子动力学特性的重要因素,转子圆盘厚度对抗弯刚度影响较大。应用有限元软件Ansys建立某铁路机车牵引电机转子系统的一维和三维模型。分析圆盘厚度对临界转速的影响,随着圆盘厚度减少和圆盘质量集中,第一阶临界转速线性减小,且当圆盘质量集中到非常薄的圆盘上时,三维模型计算的临界转速趋近于一维梁单元集中质量法计算的结果,在此基础上讨论一维模型的适用范围。并进行三维模型不平衡响应分析,讨论不同圆盘厚度、不平衡质量、阻尼比对不平衡响应的影响。     

600MW超临界汽轮发电机组低压转子叶片脱落振动特性研究

针对国产600 MW超临界汽轮发电机组低压2转子末级叶片脱落故障问题,开展低压转子叶片脱落对机组轴系振动特性的影响研究。采用有限元法构建轴系动力学模型,进行临界转速与振型分析;通过施加瞬态激励力模拟叶片脱落,建立低压转子叶片脱落瞬态激励模型,开展机组轴系非线性瞬态时域分析,得到工作转速3 000 r/min下轴系叶片脱落和各轴承处振动响应;对比激励前后振动响应,总结低压转子叶片脱落故障对轴系振动的影响规律。研究发现,轴系振型以各跨转子弯曲振型为主,叶片脱落主要影响其所在跨转子的振动特性,且表现为典型的瞬态不平衡振动特性。     

转子系统不平衡响应计算的Riccati传递矩阵法

不平衡响应分析是转子系统动力特性计算与设计中的重要环节,传递矩阵法是计算转子系统不平衡响应的方法之一.介绍了计算转子系统振动不平衡响应的Riccati传递矩阵法,并用M ATLAB软件编写程序对其进行数值计算,得到单盘转子上的圆盘有偏心时系统的不平衡响应曲线图.     

国产超临界600MW汽轮机组低压转子振动特性分析

以国产超临界600MW汽轮机组的振动特性为研究目标,通过有限元方法建立低压转子的三维动力学模型,计算转子各阶临界转速及相应的模态振型。进而考虑低压转子支承刚度随转速的变化关系,对支承刚度进行修正,分析这种变化对低压转子固有特性的影响。在此基础上考虑转子中部存在较大不平衡量的情况,计算转子轴振随转速的变化关系,分析这类不平衡对轴系动力学响应特性的影响,从而为汽轮机组的振动故障诊断及排故提供理论支持。     

高速柔性转子的主要零部件对其动力特性的影响分析

用SAMCEF／ROTOR分析软件建立某新型涡轴发动机动力涡轮空心轴组件和转子（装实心或空心传动轴）动力特性计算的有限元分析模型，基于动力特性（临界转速、振型和不平衡响应）计算结果，分析传动轴、测扭转准轴和动力涡轮盘对转子动力特性的影响，为改进设计提供理论依据。     

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。     

Investigation of Induced Unbalance Magnitude on Dynamic Characteristics of High-speed Turbocharger with Floating Ring Bearings

Due to operational wear and uneven carbon absorption in compressor and turbine wheels, the unbalance (me) vibration is induced and could lead to sub-synchronous vibration accidents for high-speed turbocharger (TC). There are very few research works that focus on the magnitude effects on such induced unbalance vibration. In this paper, a finite element model (FEM) is developed to characterize a realistic automotive TC rotor with floating ring bearings (FRBs). The nonlinear dynamic responses of the TC rotor system with different levels of induced unbalance magnitude in compressor and turbine wheels are calculated. From the results of waterfall and response spectral intensity plots, the bifurcation and instability phenomena depend on unbalance magnitude during the startup of TC. The sub-synchronous component 0.12× caused rotor unstable is the dominant frequency for small induced unbalance. The nonlinear effects of induced unbalance in the turbine wheel is obvious stronger than the compressor wheel. As the unbalance magnitude increases from 0.05 g·mm to 0.2 g·mm, the vibration component changes from mainly 0.12× to synchronous vibration 1×. When unbalance increases continuously, the rotor vibration response amplitude is rapidly growing and the 1× caused by the large unbalance excitation becomes the dominant frequency. A suitable un-balance magnitude of turbine wheel and compressor wheel for the high-speed TC rotor with FRBs is proposed: the value of induced un-balance magnitude should be kept around 0.2 g·mm.     

Effects of unbalance location on dynamic characteristics of high-speed gasoline engine turbocharger with floating ring bearings

For the high-speed gasoline engine turbocharger rotor, due to the heterogeneity of multiple parts material, manufacturing and assembly errors, running wear in impeller and uneven carbon of turbine, the random unbalance usually can be developed which will induce excessive rotor vibration, and even lead to nonlinear vibration accidents. However, the investigation of unbalance location on the nonlinear high-speed turbocharger rotordynamic characteristics is less. In order to discuss the rotor unbalance location effects of turbocharger with nonlinear floating ring bearings(FRBs), the realistic turbocharger of gasoline engine is taken as a research object. The rotordynamic equations of motion under the condition of unbalance are derived by applied unbalance force and nonlinear oil film force of FRBs. The FE model of turbocharger rotor-bearing system is modeled which includes the unbalance excitation and nonlinear FRBs. Under the conditions of four different applied locations of unbalance, the nonlinear transient analyses are performed based on the rotor FEM. The differences of dynamic behavior are obvious to the turbocharger rotor systems for four conditions, and the bifurcation phenomena are different. From the results of waterfall and transient response analysis, the speed for the appearance of fractional frequency is not identical and the amplitude magnitude is different from the different unbalance locations, and the non-synchronous vibration does not occur in the turbocharger and the amplitude is relative stable and minimum under the condition 4. The turbocharger vibration and non-synchronous components could be reduced or suppressed by controlling the applied location of unbalance, which is helpful for the dynamic design, fault diagnosis and vibration control of the high-speed gasoline engine turbochargers.     

用电磁悬浮动力吸振器控制转子多频不平衡响应的方法

在转子上采用电磁悬浮动力吸振器 ,可以解决转子振动控制中的许多难题。它不必安装在轴承位置 ,因此可以兼顾转子的静、动态特性要求 ;不随转子旋转 ,激励控制方便 ,且不会因吸振器运动而派生出更大的离心力问题 ;因非接触又不随转子旋转 ,不会增加转子的转动惯量 ,原则上其质量可以有较大的选择余地 ;没有外传力或外传力很小。因此 ,电磁悬浮动力吸振器具有重大的工程应用价值。在给出转子 +电磁悬浮动力吸振器系统模型的基础上 ,采用输出调节器理论 ,设计了电磁悬浮动力吸振器控制系统。控制系统的主要目标是 :在指定的多个频率位置 ,将转子的不平衡响应减为零 ,而在其余较宽的频率范围内 ,尽量抑制不平衡响应的水平 ,使之处于非共振量级。仿真分析验证了所提出方法的有效性。     

多平行轴齿轮耦合转子系统的振动响应

以一个两对斜齿轮耦合的三平行轴转子系统膨胀机子系统为研究对象,建立了斜齿轮啮合副动力学模型和转子系统有限元模型,考虑了齿轮啮合刚度、方位角、啮合角、螺旋角以及主动轴转动方向的影响,推导出齿轮啮合刚度矩阵。基于模态叠加法,对弯-扭耦合转子系统膨胀机子系统进行了固有特性分析和瞬态方式的不平衡响应分析,得到齿轮啮合前、后系统加载处的不平衡响应变化曲线。研究表明,齿轮间的耦合使系统之间的振动强烈,系统可能会在某个非固有频率处不平衡响应进行积累叠加,出现最大振动的现象,同时识别出共振峰的产生机理。齿轮耦合对转子系统动力学特性产生了很大的影响,使系统振型表现为耦合振型,必须以耦合的方式分析系统的振动特性,为防止系统发生大的振动提供依据,对齿轮系统的设计和故障分析具有指导意义。     

基于遗传算法的挠性转子系统的参数识别

介绍了在外电磁激励力务件下的转子不平衡参数识别方程模型，并提出基于遗传算法的参数优化识别方法。并根据识别方程，把不平衡力和轴承特性参数作为输入量，测点处振动响应为输出量，以输出振动响应与实测振动响应的误差最小为优化目标，通过使用遗传算法来识别不平衡力和轴承特性参数。实现在线无试重动平衡。     

GMA可控油膜轴承-转子系统不平衡响应的理论研究

论述了基于超磁致伸缩驱动器(GMA)的可控油膜轴承的工作原理,建立了该油膜轴承-弹性转子系统的数学模型,模拟了控制相位和增益改变对系统不平衡振动的影响.计算结果表明带有GMA的可控油膜轴承能够减小系统的工频振动和半频涡动,提高系统的稳定性.控制增益和相位差的改变对系统的工频振动结果影响较大,而且对同一个控制增益,存在一个最佳的相位差,使系统的不平衡振动最小.     

异常情况下转子系统的不平衡响应特性

用Riccati传递矩阵法计算分析了支撑系统异常情况下转子的不平衡响应特性。分析结果表明，支撑刚度不对称情况下，在转子上加对称不平衡量，不仅激发一阶分量，同时还激发出明显的二阶分量，同样，加反对称不平衡量，不仅激发二阶分量，同时还能激发出明显的一阶分量，转子不平衡响应特性发生了很大变化。该结论对于指导机组动平衡具有非常重要的工程应用价值。     

基于动力学有限元模型的多跨转子轴系无试重整机动平衡研究*

针对多跨转子轴系现场动平衡需频繁启停机的问题,结合影响系数平衡法和模态振型平衡法特点,提出一种新的基于动力学有限元模型的轴系无试重整机动平衡法。综合转子动力学相关理论和有限元技术,通过仿真构建与轴系结构尺寸和运行参数相符的转子动力学有限元模型。采用柔性转子共振分离原理,分析轴系振型和不平衡振动阶次以确定各跨转子加重平衡平面数和位置,分别在各跨转子平衡位置处施加不平衡激励,获取轴系平衡转速下各振动测点处不平衡响应,计算出相应的加重影响系数,从而取代轴系现场动平衡中需要多次启停机试重测取过程。然后采用最小二乘法通过解平衡矢量方程组得到轴系所需的平衡配重。最后以模拟百万兆瓦超超临界汽轮机的四跨五支承柔性转子轴系试验台为例,应用该方法开展了2 700 r/min转速下轴系四个平面同时配重动平衡试验,单点降幅最高达53%,实现了无试重下柔性转子轴系整机动平衡,可有效减少因盲目试重次数,节省平衡费用和周期。