不同轴承支撑下碰摩转子系统的动力学特性

研究了不同类型轴承支撑下的转子碰摩故障振动特征。首先,采用了计及回转效应、剪切效应及横向扭转的梁单元建立了实验装置转子的有限元分析模型;然后,通过二维计算流体力学方法得到不同类型轴承的动力学参数;最后,在此基础上,结合非线性动力学理论,分析比较了转子在圆柱轴承、可倾瓦轴承等5种轴承支撑下的碰摩非线性动力学行为。研究结果表明：在椭圆轴承、五瓦轴承和四瓦可倾瓦轴承支撑下,系统主要表现为同频周期运动;而对于圆柱轴承和四油叶轴承支撑,系统会出现较复杂的运动。本研究工作是对之前转子碰摩非线性动力学研究的扩展,所得计算结果可为大型高速旋转机械系统动态设计制造和碰摩故障的诊断和控制提供理论参考。     

裂纹-碰摩转子-轴承系统周期运动稳定性

建立了含有裂纹-碰摩耦合故障转子轴承系统的动力学模型,利用求解非线性非自治系统周期解的延拓打靶法和F loquet理论,研究了系统周期运动的稳定性。发现碰摩转子-轴承系统在不同的转速下会发生鞍结分岔、倍周期分岔和Hopf分岔等现象,裂纹-碰摩耦合故障转子-轴承系统具有不同于单一故障的独特的动力学特性。研究结果为转子-轴承系统故障诊断和安全运行提供了一定的参考。     

发动机转子系统碰摩-裂纹-松动耦合故障作用下动力学特性分析

建立了滚动轴承支承下的双跨转子系统非线性动力学模型,采用四阶-五阶定步长Runge-Kutta法分析比较了系统在无故障、碰摩故障、裂纹故障、一端松动故障以及碰摩-裂纹-松动耦合故障5种工况下随着转速变化的转子动力学响应。数值分析了在碰摩-裂纹-松动耦合故障工况下转子不平衡量、碰摩刚度、松动端轴承座质量对系统响应的影响。结果表明:当系统存在碰摩故障时,一阶临界转速有所提高,动力学行为更为复杂;存在裂纹故障时,一阶临界转速有所降低;存在松动故障时,响应混沌区域变大;存在三种耦合故障时,超一阶临界转速响应出现大面积混沌。随着转子不平衡量、碰摩刚度的增大,响应趋向于混沌,松动端轴承座质量在高速下响应具有敏感性。     

不对称润滑工况下碰摩转子-轴承系统的动力学分析

在考虑非线性油膜力的基础上，建立了具有碰摩故障的转子一轴承系统的动力学模型。研究了具有碰摩故障的转子在两支承轴承使用相同和不同粘度润滑剂时的动力学行为，发现随着一端轴承润滑油粘度的降低，转子的混沌区域和拟周期区域扩大了。该结果为采用不同粘度润滑剂的转子一轴承系统的故障诊断提供了依据。     

双跨转子-轴承系统裂纹-碰摩耦合故障的稳定性

建立带有裂纹-碰摩耦合故障的具有三轴承支承的双跨弹性转子系统的动力学模型,利用求解非线性非自治系统周期解的延拓打靶法和Floquet理论,研究系统周期运动的稳定性及失稳规律.双跨裂纹转子系统以倍周期分岔形式失稳,双跨碰摩转子系统以Hopf分岔形式失稳,当裂纹较小时,裂纹-碰摩耦合故障转子-轴承系统以Hopf分岔形式失稳;随着裂纹深度的加大,其影响逐渐显现,系统以倍周期分岔形式失稳,且失稳转速降低;耦合故障转子系统响应谱上存在半倍工频成分的整数倍频率成分.研究结果为转子-轴承系统耦合故障诊断和安全运行提供了参考.     

磁悬浮转子-轴承碰摩系统的非线性动力学行为

探讨高速旋转的磁悬浮转子与辅助轴承瞬时接触时系统的非线性动力学行为。通过采用数值积分法,综合利用分岔图、时间响应图、Poincaré截面图和相图,首先研究了几何耦合参数α、比例反馈增益P和微分反馈增益D对系统的影响,其次研究了刚度比K和库伦滑动摩擦因数μ分别对偏心量比U的影响。结果表明:当几何耦合参数α取较大的值时,会导致转子偏移平衡位置,引发高速旋转的磁悬浮转子与辅助轴承发生碰摩,设备产生异常振动;比例反馈增益P或微分反馈增益D取较大的值,系统状态稳定,同时偏心量比U的取值会对系统状态产生显著影响。此外,辅助轴承的软装设计有利于系统稳定。     

不对称润滑对碰摩转子-轴承系统的动力学影响

在考虑非线性油膜力的基础上,建立了具有碰摩故障的转子-轴承系统的动力学模型。用数值方法研究了在非线性油膜力作用下具有碰摩故障的转子系统的动力学特性,并研究了当改变其中一个支承轴承润滑油的粘度时,转子系统的动力学特性。研究发现,随着一轴承润滑油粘度的降低,转子系统亚临界角速度区的混沌区域和拟周期区域扩大了。该结果为采用不同粘度润滑剂的转子-轴承系统的优化设计、安全运行和故障诊断等提供了一定的理论参考     

某核电站主泵转子-轴承系统碰摩故障分析

为了使核电站的主泵安全、长期、稳定地运行，利用非线性有限元方法、现代非线性理论与转子动力学理论，建立了某核电站主泵转子-轴承系统有限元模型，研究了主泵的碰摩故障问题，分析了碰摩刚度、不平衡质量偏心量与碰摩间隙对转子的影响。研究结果对核电站主泵等相似旋转机械的碰摩故障的诊断具有一定的参考价值。     

裂纹-碰摩耦合故障转子系统时频特性分析

分析了无故障转子系统、裂纹故障转子系统、裂纹-碰摩故障转子系统的起机过程时域特性，并结合小波等高图分析其时域、频域特性。理论结果显示，裂纹-碰摩故障转子系统既保留了裂纹故障的高频分量特征，又保留了碰摩故障的低频成分特征，升速时域曲线出现波动。通过实验验证了理论结果。研究表明，通过启机过程的时域波形结合小波等高图，可以诊断转子系统的裂纹-碰摩耦合故障。     

松动-碰摩耦合故障转子系统振动特性分析

针对动态油膜力下带有支座松动 碰摩耦合故障的转子 轴承系统的非线性动力学模型,采用数值模拟等方 法,考察其随转速比变化及改变最大松动间隙值时发生松动和碰摩故障的分岔与混沌特性,并分别与相同参数条件 下带有支座松动故障的转子系统和碰摩故障转子系统进行比较,得到如下结论:该耦合故障系统中碰摩与松动故障 主要发生在主共振区、油膜振荡区及转速比大于3.4的转速范围内,发生碰摩故障时系统运动多为混沌运动;随着 松动最大间隙值的减小,碰摩的转速范围越来越大,而发生松动的转速范围越来越小;两种故障的产生相对独立。     

滚动轴承支承的柔性转子系统的非线性动力学分析

研究滚动轴承支承的柔性转子系统的非线性动力学特性。建立柔性转子系统的有限元模型,研究不同轴承间隙系统的稳定性及分岔行为。在转子系统中考虑Hertz接触力,以及由转子质量偏心引起的不平衡力,用数值积分的方法得出系统间隙量在不同区域内的轴心轨迹、Poincaré映射图以及时域图。研究结果表明:在间隙较小时,系统表现出丰富的非线性现象,随着间隙的增大,系统的失稳区域也随之增大。     

Nonlinear Dynamic Analysis of a Rigid Rotor Supported By a Spiral-Grooved Opposed-Hemisphere Gas Bearing

The nonlinear dynamic behavior of a rigid rotor supported by a spiral-grooved opposed-hemisphere gas bearing is investigated in this article, focusing particular attention on its whirl motion. The finite element method combined with the finite difference method is employed to solve the time-dependent Reynolds equation that is coupled with the rotor motion considering five degrees of freedom. The rotor responses to the initial disturbance and synchronous and nonsynchronous excitations are investigated. To analyze the complicated dynamic behavior of the rotor–bearing system, the trajectories of the rotor centerline, time responses, phase portraits, power spectra, Poincare maps, and bifurcation diagrams are obtained from the numerical procedure. The results show that the conical whirl instability appears earlier than the cylindrical whirl instability with increasing rotational speed for the rotor–bearing system with no unbalance mass. Moreover, it reveals that the complex dynamic behavior of the system excited by unbalance mass varies with rotational speed and rotor mass. In addition, bifurcation diagrams employing the rotating speed and rotor mass as bifurcation parameters are obtained. Finally, the nonsynchronous excitation responses are presented, which behave in a different way than the synchronous excitation responses. The results of this study offer a further understanding of the nonlinear characteristics of spiral-grooved opposed-hemisphere gas bearings.     

动压气体轴承-转子系统的分岔和混沌

基于非线性动力学理论,研究了气体动压轴承-转子系统的不平衡响应及分岔行为。建立了与时间相关的非线性气体动压轴承的压力分布模型和气体动压轴承-刚性Jeffcott转子系统的动力学模型。运用有限差分法和逐次超松弛迭代法求解动压气体润滑雷诺方程;运用轨迹图、Poincaré映射图、时间历程图、频谱图和分岔图研究了有限宽气体轴承支承的非线性转子系统的不平衡响应及分岔;数值模拟结果揭示了系统存在复杂多样的非线性现象,这对气体润滑轴承支承的实际轴承—转子系统的设计提供了理论依据。     

挤压油膜阻尼器-滚动轴承-转子耦合系统的非线性响应分析

为了研究转子系统非线性动力学响应,建立了挤压油膜阻尼器-滚动轴承-转子耦合系统动力学模型。在转子系统模型中,考虑了转子、滚动轴承及挤压油膜阻尼器之间的相互耦合作用,并充分考虑了滚动轴承的间隙、非线性赫兹接触和挤压油膜阻尼器非线性油膜力等。运用数值积分方法分析了转子转速、支承刚度以及挤压油膜阻尼器油膜间隙对系统动力响应的影响,并结合分岔图、频谱图、Poincaré映射图和轴心轨迹图分析了转子系统的非线性动力学响应。结果表明:转子系统当转速较高、支承刚度较大或挤压油膜阻尼器油膜间隙较大时,转子系统容易出现拟周期运动。     

非线性弹性碰摩转子周期运动稳定性分析

在同时考虑轴承油膜力、转轴非线性弹性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,构造了具有碰摩故障转子-轴承系统的动力学模型。利用求解非线性非自治系统周期解的延拓打靶法和Floquet理论,研究了系统周期运动的稳定性,分析了非线性摩擦力对系统动力学特性的影响。     

可倾瓦轴承-转子系统非线性动力行为

运用变分约束原理,在动力积分、迭代过程中修正了流体润滑的Reynolds方程的变分形式,使其等价为变分不等式。运用八节点等参有限元方法,计算了单块瓦的非线性油膜力,并通过组装技术求解得到5瓦可倾瓦滑动轴承的非线性油膜力。运用Poincar映射和Runge-Kutta方法,分析了5瓦可倾瓦滑动轴承支承的对称刚性转子系统的不平衡响应。数据结果显示了可倾瓦轴承-转子系统的周期解、倍周期解和混沌运动等非线性现象。     

波箔径向空气轴承最小气膜厚度测量分析

气膜厚度是波箔径向空气轴承的一项重要性能参数,对轴承的承载能力和工作稳定性产生重要影响.提出了一种波箔径向空气轴承稳态工况气膜厚度最小值的测量方法,并对不同工况的轴承气膜厚度进行了测量.结果表明:膜厚随转速的升高有逐渐增大的趋势;相对于轴承载荷,转速对膜厚的影响更大.     

Stability Analysis on Rotor Systems Supported by Self-acting Tilting-pad Gas Bearings with Frequency Effects

The recent research on stability of gas bearing-rotor systems still mostly adopts the same method as in oil-lubricated bearing-rotor systems.The dynamic coefficients of gas bearings in the case that the perturbation frequencies are same as the rotating speed are used to carry out the stability analysis of rotor systems.This method does not contact the frequency characteristics of dynamic stiffness and damping coefficients of gas bearings with the dynamical behaviors of rotor systems.Furthermore,the effects ...