非线性油膜力和啮合力作用下 齿轮系统的振动特性研究

同时考虑非线性齿轮啮合力和非线性油膜力的影响,建立齿轮–转子–滑动轴承系统的动力学模型。研究2种强非线性因素的共同作用下,系统的非线性动态响应。研究结果表明：转速相对较低时,非线性啮合力对系统振动的影响较大;随着转速的升高,非线性油膜力对振动的影响逐渐增大,并出现“半频涡动”现象,而非线性啮合力的作用相对减小;在一定的转速范围内,“半频涡动”引起的频率成分的振幅甚至超过不平衡质量引起的1倍频的振幅。这是考虑非线性油膜力和非线性啮合力作用时得到的新的结论,这些结论是过去采用线性油膜力模型时难以得到的。     

干摩擦振子双粘着运动响应的级数形式解及粘滑边界分析

基于摩擦力函数的分段表达式,利用谐波平衡方法给出双粘着运动响应的级数形式解析解。双粘着运动响应仅包含奇次谐波成分,其响应幅值与粘着时长受频率比、力幅比及粘性阻尼比影响。基于级数解给出参数平面内的粘滑边界线函数。粘性阻尼增大能缩小纯滑动参数区域范围,在频率较小时影响更明显。当粘性阻尼比小于0.165 2时,粘滑边界线出现凸凹交替特征。     

复杂多级齿轮-转子-轴承系统的动力学建模和数值仿真

以啮合线与水平线的夹角作为参考角度,总结了该参考角度在不同象限时沿着啮合线的相对位移的求解方法,根据此方法可以方便地求出多级齿轮系统的动态啮合力.建立了复杂多级齿轮-转子-轴承系统的动力学模型,模型中考虑了时变啮合刚度、静态传动误差、不平衡质量、轴承刚度和弹性轴的影响.采用数值仿真方法求解了系统的动态响应,得到了转频、啮合频率及其边频带、啮合频率之间的组合频率及其边频带.为工程实践中的多级齿轮-转子-轴承系统的振动特性分析和故障诊断提供了依据.     

Theoretical and experimental study on non-linear vibration characteristic of gear transmission system

In order to investigate the vibration of gear transmission system with clearance, a vibratory test-bed of the gear transmission system was designed. The non-linear dynamic model of the system was presented, with consideration of the effects of nonlinear dynamic gear mesh excitation, flexible rotors and bearings. Integration method was used to investigate the non-linear dynamic response of the system. The results imply that when the mesh frequency is near the natural frequency of gear pair, it is the first primary resonance, the bifurcation appears, and the vibration becomes to be chaotic motion rapidly. When the speed is close to the natural frequency of the first-order bending vibration, it is the second primary resonance, the periodic motion changes to chaos by period doubling bifurcation. The vibratory measurement of test-bed of the gear transmission system was performed. Accelerometers were employed to measure the high frequency vibration. Experimental results show that the vibration acceleration of the gear transmission system includes mesh frequency and sideband. The numerical calculation results of low speed can be validated by experimental results basically. It means that the presented non-linear dynamic model of the gear transmission system is right.     

大型非线性转子-密封-轴承系统的不平衡响应与稳定性

对实际大型汽轮机转子-密封-轴承系统建立了具有超大规模维数的非线性动力学模型,该模型考虑了密封的非线性激振力、可倾瓦轴承的弹性支承力、转子的阻尼力、不平衡质量力和重力.采用Newmark方法对其进行数值求解,模拟出转子升速过程中汽流激振现象的典型特征和发生汽流激振的失稳转速,并且得到系统参数对转子不平衡响应和稳定性的影响规律.结果表明:适当的增大转子的阻尼、密封的半径间隙和密封流体轴向流速可提高转子发生汽流激振的失稳转速,这为在设计和运行中提高实际大型汽轮机转子-密封-轴承系统的稳定性提供了参考依据.     

Nonlinear dynamic characteristics model of labyrinth seal based on Muszynska model

An accurate seal forces model is the foundation to analyze the rotor-seal systems. In this paper, the Navier-Stokes equation and energy equation are solved to simulate the interior flow field in the labyrinth seal gap. The leakage rate is compared with the experimental results in the literatures. The ：4maximum error is 4% , which proves that the method of employing CFD to simulate the interior flow field of labyrinth seal gap is reliable. Based on this, the interior flow field and fluid exciting force of stage teeth labyrinth seal are studied. By coupling with the Muszynska model, the method of defining the experience loss parameters in Muszynska model is proposed. The results indicate that the experience parameters obtained by the proposed method can depict the nonlinear exciting force of labyrinth seal better.     

齿式联轴器不对中啮合力模型及其对转子系统动力学特性影响

推导了齿式联轴器不对中啮合力模型,基于有限元分析建立了考虑齿式联轴器不对中效应的转子系统动力学方程,通过数值仿真研究了不对中啮合力对转子-齿式联轴器系统动力学特性影响规律.理论分析和仿真结果表明:齿式联轴器不对中啮合力与联轴器的结构参数、传递扭矩、静态不对中和动态振动位移等有关;联轴器的刚度并非一个恒定的常数,其与动态振动位移有关,并依赖于静态不对中,在特定不对中状态下,联轴器的主刚度会出现负值.系统动力学特性表现为:齿式联轴器连接的转子系统没有不对中时,系统的响应只有1X倍频;存在不对中时,响应出现2X、3X等整数倍频;不对中量增加时,各频率成分的幅值增加,系统的振动变得复杂.研究结果可以为齿式联轴器连接的转子系统的不对中故障诊断提供依据.     

转子-不对中花键联轴器系统动力学特性研究

推导了花键联轴器不对中啮合力模型,基于有限元分析建立了考虑花键联轴器不对中效应的转子系统动力学方程,数值计算模拟出不对中啮合力对转子-花键联轴器系统动力学特性影响规律。理论分析和仿真结果表明：花键联轴器不对中啮合力与联轴器的结构参数、传递扭矩、静态不对中和动态振动位移等有关,且联轴器的刚度并非一个恒定的常数,其与动态振动位移有关,并依赖于静态不对中。系统动力学特性表现为：花键联轴器连接的转子系统没有不对中时,系统的响应以1倍频为主;存在不对中时,响应出现2倍频;不对中量增加时,响应的轴心轨迹偏离原点,且各频率成分的幅值增加,系统的振动变得复杂。研究结果可以为花键联轴器连接的转子系统的不对中故障诊断提供依据。     

齿轮—转子耦合系统的动态响应及齿侧间隙对振幅跳跃特性的影响

为了模拟工程应用中齿轮—转子系统的动态响应,考虑齿侧间隙、时变啮合刚度、静态传动误差、不平衡质量和弹性转轴的影响,建立齿轮—转子耦合系统的动力学模型。对动力学方程进行数值仿真,研究转速对动态响应的影响、齿侧间隙的变化对振幅跳跃现象的影响规律和转速与动态啮合力之间的关系。研究结果表明,随着齿侧间隙的增大,齿轮—转子系统的振幅跳跃现象变得更明显。振动加速度的频谱图主要包括啮合频率及其高次谐波。随着转速的逐渐升高,1倍频的振幅也逐渐增大,并且在啮合频率及其高次谐波附近还会出现边频带。动态啮合力的频谱图与动态响应的频谱图类似。对一个齿轮—转子试验台进行理论计算和试验测试,试验数据基本上验证对试验台的理论计算结果,试验测量结果和数值仿真之间的差别主要来源于建模误差和测量误差。     

内外激励作用下含侧隙的齿轮传动系统的分岔和混沌

为研究支承刚度和齿侧间隙对齿轮-转子系统的分岔和混沌运动的影响,考虑齿侧间隙和内外激励的作用,建立齿轮-转子系统的非线性动力学模型。在对动力学方程进行数值仿真的过程中,为判断齿轮-转子系统的振动是否为混沌运动,采用混沌时间序列分析的方法计算齿轮-转子系统的高维非线性方程的最大Lyapunov指数。结果表明,随着支承刚度的增加,系统的弯扭耦合临界转速也会相应地增大,出现分岔和混沌的区域也随之改变。齿侧间隙对齿轮-转子系统的一阶弯曲临界转速附近的振动的影响较大,当齿侧间隙相对较小时,一阶弯曲临界转速附近的振动相对较好;当齿侧间隙增大到一定值时,一阶临界转速处的振动接近倍周期运动;当齿侧间隙继续增大时,一阶临界转速附近的振动从倍周期运动进入混沌;当齿侧间隙增大到较大值时,一阶临界转速附近的振动迅速转变为混沌运动。混沌时间序列分析方法能有效的计算高维非线性方程的最大Lyapunov指数。