转子-轴承-密封耦合系统的非线性振动特性研究

结合短轴承非线性油膜力模型和Muszynska密封力模型,运用数值积分方法分析了转子-轴承-密封耦合系统的非线性动力学特性,针对转速对耦合系统动态响应的影响进行了仿真计算,并利用转子中心分岔图、轨迹图、Poincare映射图、功率谱图分析了耦合系统的非线性动力学特性.理论分析表明:随着转速的变化,耦合系统呈现复杂的动力学行为,产生了包括单周期、3倍周期、拟周期等振动现象.     

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。     

轴向槽气体轴承-转子非线性系统的动力学行为

针对轴向槽气体轴承支承的转子非线性动力系统,研究了系统动力学行为的不平衡响应和分岔。采用矢量拟合近似求解的方法,建立了轴向槽气体轴承的有理函数模型,通过耦合转子运动模型,提出了一种轴向槽气体轴承-转子非线性系统动力学模型,在对其动力学行为求解过程中避免了对动态气膜力的反复求解,减少了计算时间。运用轴颈和圆盘中心的轨迹图、频谱图、Poincaré映射和分岔图分析了轴向槽气体轴承-转子系统的非线性不平衡响应和分岔行为。以转速为分岔参数研究了非线性系统从倍周期运动通向混沌的道路,以质量偏心为分岔参数研究了非线性系统的倍周期运动的倒分岔行为。数值结果表明轴向槽气体轴承-转子非线性系统存在复杂的动力学现象及分岔行为。     

非稳态油膜力作用下非线性刚度转子系统的碰摩故障分析

研究了在非稳态油膜力作用下非线性刚度转子系统发生碰摩时的振动问题。建立了非稳态油膜力作用的非线性刚度转子一轴承系统碰摩模型，应用数值分析的方法对其进行研究。通过Poincare截面图、轴心轨迹图、波形图和频谱图，直观地显示了系统在某些参数域中的运动状态。发现了由于油膜力作用出现油膜涡动和反向涡动现象以及倍周期分岔、概周期和混沌等复杂的动力学行为。数值分析结果为该类转子一轴承系统的设计和运行状态控制提供了理论参考。     

转子在非线性油膜力作用下的径向碰摩动力学行为研究

文章以线性项和立方项之和来表示转轴材料的物理非线性因素,建立了考虑非线性油膜力的非线性刚度轴转子系统的动力学模型,利用数值积分法对转子系统由于局部碰摩故障导致的非线性动力学行为进行了研究,发现此类非线性振动系统具有倍周期分岔、拟周期和混沌等复杂的动力学行为,为此类系统的安全运行和有效识别转子故障提供了理论参考.     

Jeffcott转子-轴承系统的非线性动力学特性分析

为了深入地研究转子-轴承系统的分岔规律,揭示转子系统丰富的非线性动力学行为,采用短轴承非稳态非线性油膜力的一般数学模型获得圆柱轴承的非线性油膜力表达式。在一定参数条件下,采用非线性动力学理论和方法,对刚性Jeffcott转子系统的动力学特性进行了分析。通过计算得到了系统的分叉图、时间历程、轴心轨迹、相图及Poincare映射图。计算结果表明-在特定的参数域内系统存在丰富的非线性动力学行为。该方法收敛速度快、精度高,为定性控制转子-轴承系统的稳定运行状态提供了理论依据。     

不确定转子耦合系统的经验参数研究

提出用非线性动力学行为进行不确定转子-轴承-密封耦合系统经验参数的研究,结果旨在为选择重要经验参数和实际控制转子的稳定运行提供依据.基于Muszynska模型和Capone圆轴承非线性油膜力模型,推导建立密封流体激振力和油膜力共同作用下的参数不确定转子-密封-轴承系统非线性动力学方程,通过数值分析,研究了该系统在平均周向速比常数影响下的分岔特性以及影响规律,并分析了几个特定参数下系统随转速变化的分岔特性和非线性动力学行为.分析结果发现,平均周向速比常数对系统的非线性动力学行为影响很大,随着平均周向速比常数的增大,系统提前出现倍周期分叉,并且振幅增大,使得不稳定性增加.基于上述分析,给出了合理的平均周向速比常数取值范围.     

高速转子-轴承系统油膜涡动故障仿真研究

针对滑动轴承支撑下的转子轴承系统,建立了非线性油膜力作用下的转子轴承系统的动力学模型.应用非线性动力学理论对该系统进行了研究,应用数值积分方法得到系统的响应,利用幅频曲线、分岔图、三维谱图研究系统响应随偏心距的变化规律.为有效诊断滑动轴承支撑下的转子油膜涡动故障提供了理论依据.     

裂纹角的大小对裂纹转子振动特性的影响

将离心叶轮转子系统简化为Jeffcott转子系统,在考虑非线性油膜力的基础上,综合考虑了系统的流体激振力,建立了含有裂纹故障转子的动力学模型。运用数值积分法分析了不同裂纹角下系统响应随转速变化的分岔图、相图和Poincare映射图等,结果表明,裂纹深度一定的情况下,随着裂纹角的增大,流体激振力和非线性油膜力对转子系统分岔特性的影响也逐渐增大。     

柔性支承的滑动轴承-刚性转子系统动力学特性分析

综合考虑滑动轴承油膜力支撑、柔性支承受外部激励等非线性因素的影响,建立一个两端柔性支承的刚性转子模型,运用4阶变步长Runge-Kutta算法对系统的动力学行为进行数值仿真,得到了刚性转子系统在不同外部激励幅值下随转速变化时的位移分岔图,以及特定参数下的相图、Poincaré映射图,直观揭示了系统的动力学特性.结果表明,中低速阶段,系统随着转速的提升出现了混沌、多周期、概周期、单周期等复杂动力学行为;在中速和高速阶段,系统主要是多周期和混沌运动的相互转迁,以及阵发性混沌运动现象的出现.外激励幅值的增大,会使得系统容易形成概周期运动,并导致轴颈-轴瓦处油膜力的增大.     

含间隙和时变啮合刚度齿轮传动系统的分岔和混沌

齿侧间隙和时变啮合刚度的存在,使齿轮传动系统中存在着丰富的非线性动力学行为。基于Poincare映射,建立了两自由度齿轮传动系统的数学模型,并通过数值仿真,说明了齿轮传动系统中存在着倍周期分岔、Hopf分岔和混沌等复杂的非线性现象。分析了系统参数对齿轮动力学行为的影响,进而为消除齿侧间隙和时变啮合刚度引起的非线性动力学行为指明了方向,为齿轮传动系统的优化设计奠定了基础。     

Dynamics analysis of a cracked dual-disk over-hung rotor-bearing system

A dynamic model of a dual-disk vertical over-hung rotor-bearing system is developed, taking into account nonlinear oil-film force. Its dynamic behaviors are investigated by numerical Runge-Kutta method. Its bifurcation and chaos characteristics are analyzed with crack fault and without crack fault. By analyzing the bifurcation plot, Poincare section plots and amplitude spectra, we found that the crack greatly influences the dynamic characteristics of the rotor-bearing system. Because of the strong effect of the nonlinear oil-film force and crack to the system, 1/2 times, 1/3 times frequency components appear in the response spectrum map. The results may bring up theoretical references for fault diagnosis of rotor-bearing systems. __________ Translated from Journal of Vibration Engineering, 2005, 18(1) (in Chinese)     

松动-裂纹耦合故障转子系统的非线性响应

基于现代非线性动力学和转子动力学理论,采用Newmark-β法和Poincaré映射对裂纹和一端支座松动耦合故障转子系统进行了数值模拟研究,给出了系统响应随转速比、松动质量和裂纹深度变化的分岔图,分析了一些主要参数变化的影响以及典型的Poincaré截面图。研究发现,系统存在拟周期环面破裂、阵发性分岔和多倍T周期运动失稳进入混沌三条混沌道路。这些结论为旋转机械的故障诊断提供了理论基础和参考。     

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。     

轴向槽气体润滑轴承-转子系统非线性行为

基于非线性理论,分析了气体动压轴承-转子非线性动力系统的不平衡响应.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.运用微分变换法求解了动压气体润滑的Reynolds方程,得到了非线性气膜压力分布.运用分岔图、轨迹图、Poincaré映射图及频谱图研究了三轴向槽有限宽气体轴承支承的非线性转子系统的不平衡响应.数值结果表明,系统的非线性行为包括周期运动、周期二运动、周期四运动、周期八运动及混沌运动等.     

Bifurcation and chaos analysis of nonlinear rotor system with axial-grooved gas-lubricated journal bearing support

Axial-grooved gas-lubricated journal bearings have been widely applied to precision instrument due to their high accuracy, low friction, low noise and high stability. The rotor system with axial-grooved gas-lubricated journal bearing support is a typical nonlinear dynamic system. The nonlinear analysis measures have to be adopted to analyze the behaviors of the axial-grooved gas-lubricated journal bearing-rotor nonlinear system as the linear analysis measures fail. The bifurcation and chaos of nonlinear rotor system with three axial-grooved gas-lubricated journal bearing support are investigated by nonlinear dynamics theory. A time-dependent mathematical model is established to describe the pressure distribution in the axial-grooved compressible gas-lubricated journal bearing. The time-dependent compressible gas-lubricated Reynolds equation is solved by the differential transformation method. The gyroscopic effect of the rotor supported by gas-lubricated journal bearing with three axial grooves is taken into consideration in the model of the system, and the dynamic equation of motion is calculated by the modified Wilson-0-based method. To analyze the unbalanced responses of the rotor system supported by finite length gas-lubricated journal bearings, such as bifurcation and chaos, the bifurcation diagram, the orbit diagram, the Poincar6 map, the time series and the frequency spectrum are employed. The numerical results reveal that the nonlinear gas film forces have a significant influence on the stability of rotor system and there are the rich nonlinear phenomena, such as the periodic, period-doubling, quasi-periodic, period-4 and chaotic motion, and so on. The proposed models and numerical results can provide a theoretical direction to the design of axial-grooved gas-lubricated journal bearing-rotor system.     

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。     

松动对碰摩转子-轴承系统非线性特性的影响研究

在同时考虑轴承油膜力和碰摩发生时转子与定子之间的相对滑动速度对非线性摩擦力的影响基础上,构造了含有松动和碰摩故障转子系统的动力学模型,对转子 轴承系统由松动和碰摩耦合故障导致的非线性动力学行为进行了数值仿真研究,发现该类系统在运行过程中存在周期运动、拟周期运动和混沌运动等丰富的非线性现象,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理论参考。