一种用于转子裂纹故障检测的区间控制策略

为实现转子系统转轴裂纹故障的检测,以某型航空发动机为例,取其低压压气机部分建立含裂纹的简化动力学模型,基于外加常数激励能够显著放大裂纹转子系统的超谐波响应特征的原理,构建了一种能够用于转子系统裂纹故障检测的区间控制策略.通过控制算法实现在裂纹转子系统超谐共振转速区域内施加常数激励,放大超谐共振响应幅值,而在该转速区域以外不施加激励,避免对系统主共振产生影响.仿真结果表明:区间控制策略作用下的超谐共振响应幅值得到了显著放大,其中三分之一和二分之一临界转速处的超谐共振峰值被放大了4.6倍,在噪声环境下也能够轻松识别.     

磁悬浮飞轮储能系统机电耦合非线性动力学研究

针对磁悬浮飞轮储能系统的"磁悬浮飞轮-发电机"机电耦合非线性动力学特性进行研究.通过推导磁悬浮飞轮储能系统在偏心条件下的动能、势能、发电机系统的磁场能以及系统的耗散函数,由Lagrange-Maxwell方程建立磁悬浮飞轮系统和两相四极永磁发电机系统的机电耦合动力学方程.采用数值法对0.6MW磁悬浮飞轮储能系统进行了仿真分析,研究结果表明,系统机电耦合非线性方程存在稳定的与转速同频的基频和三倍频周期运动解,且基频振动幅值比三倍频振动幅值大.对于稳定的磁悬浮储能飞轮机电耦合系统,飞轮转速增大,或磁轴承系统刚度减小或阻尼增大,或磁场能(电枢反应磁场能或永磁励磁磁场能)减小,可使系统的非线性振动幅值减小.而增大磁轴承系统的刚度,或减小磁轴承系统的阻尼,或增大系统的磁场能有可能破坏机电耦合系统的稳定性,使飞轮失稳.     

航空发动机高压转子-滚动轴承系统非线性动力响应分析

基于有限元方法建立了航空发动机高压转子 滚动轴承系统的高维动力学模型,该模型考虑滚动轴承的非线性支撑力,转子的剪切变形、陀螺力矩和转动惯量.利用自适应步长Newmark-β方法计算了转子随转速变化的不平衡响应,得到了不同转速区间转子的振动特征.针对低转速区出现的VC(Varying Compliance)振动现象,计算分析了不同转速下转子不平衡量、轴承游隙对VC振动幅值的影响.结果表明：随着转速的升高,VC振动幅值先减小再增大,之后再减小直至基本消失;增大轴承游隙会使转子VC振动幅值增大,而转子VC振动幅值对不平衡量的变化并不敏感.     

滚动转子压缩机四倍频异常振动控制

空调压缩机的振动、噪声水平是衡量压缩机质量的重要性能指标之一.本文针对某型号滚动转子压缩机在特定频段4倍频振动幅值大于1倍频振动幅值问题,进行了扫频阶次分析、实验模态分析和振动噪声源识别等测试分析,确定了结构共振是导致4倍频超标的原因,提出了增加储液器质量和加强储液器托架刚度两种方案控制4倍频振动.实验测试表明,两种方案均改变了压缩机的固有振动特征,有效的降低了4倍频振动幅值,加强储液器托架刚度方案具有更小的振动响应.     

盘轴系统配合松动的振动特性研究

在采用过盈配合的大型盘轴转动机构中,由于转轴的输入转速太大,可能会导致盘与轴之间出现配合松动,影响系统振动特性.为了研究此系统的振动特性,建立了一个盘轴系统的动力学模型,模型的接触法向力、接触应力有两个线性阶段.通过仿真发现轴的输入转速大于某个转速后,盘轴系统的振动会在第一个线性阶段发散,到第二个线性阶段收敛,从而导致盘、轴的转速差,系统振动变成两个不同频率振动的叠加.第二线性阶段代表盘、轴出现间隙,表明此时出现松动.     

转轴多维动态参数端面视觉测量方法

针对转子多维动态信号测量需要在多个位置采用不同种类的传感器进行分布测量以及难以通过单一传感器实现转子多动态参数同步测量等问题，提出一种基于面阵相机的转轴多维动态参数的视觉同步测量方法。首先，系统地描述了基于转轴端面标靶图案的三维振动位移和转速视觉测量原理，建立了转轴真实动态参数和标靶图案动态参数之间的内在联系。其次，推导了转轴振动三维位移和转速测量公式，联合转轴三维运动仿真模型验证了转轴动态参数的测量原理和算法正确性，通过仿真模型分析了影响系统测量精度的因素。最后，通过搭建转子测试平台，将视觉系统测得的转轴三维振动位移和转速分别与电涡流位移传感器和编码器的测量结果进行对比，验证了转轴多维动态参数端面视觉测量方法的有效性和可靠性。     

滚动轴承支承下松动-裂纹耦合故障转子系统动力学特性分析

支座松动转子因两端刚度不对称而引发振动异常增大,进而可能导致转子出现裂纹故障,裂纹和松动故障耦合下的转子系统呈现强非线性特性.建立滚动轴承支承的支座松动-弓形裂纹转子动力学模型,研究转速、松动间隙、松动质量及裂纹角等对转子系统非线性动力学响应的影响.考虑非线性Hertz接触力,采用分段线性方程描述支座松动的刚度和阻尼,转子横向裂纹采用呼吸裂纹模型来研究,依据拉格朗日方程建立转子系统动力学方程,采用Runge Kutta法求解方程获得转子振动响应的分岔图、频谱图、轴心轨迹图、Poincaré图等.计算结果表明,当系统转速达到2300rad/s时,松动-裂纹耦合故障系统较仅裂纹系统在1/3分频处有明显的间谐波成分,混沌区域更为宽泛;当裂纹参数恒定时系统随着松动间隙减小会更加稳定;当松动质量ms＞41.25kg时,系统振幅剧增,发生“跳跃”现象.研究工作对松动-裂纹转子系统的故障诊断和健康监测具有重要的工程应用价值.     

转盘偏置对转子系统动力学特性的影响研究

以Jeffcott转子系统为对象,研究转盘在转轴上不同偏置安装位置所引起的陀螺效应,以及对转子系统固有特性和弯曲振动模式的影响规律.基于所建立的集中质量模型,数值计算和比较的结果表明,不同的转盘安装偏置量会对转子系统临界转速和不平衡响应产生明显影响.偏置程度越大,陀螺效应对临界转速及不平衡响应的影响越大,而在转子系统完全对称的情况下,陀螺效应则可以忽略.     

雾化器转轴振动特性研究

在考虑陀螺力矩、转动惯量和剪切效应等影响因素下,采用Timoshenko梁理论并结合传递矩阵法给出了雾化器转轴的振动特性的计算方法.数值仿真部分采用二节点梁单元建立了雾化器转轴的有限元模型,并进行模拟,其结果验证了本文方法的有效性和高精度,讨论了转速、雾化轮质量以及陶瓷约束刚度等参数对雾化器转轴振动特性的影响.     

基于振动触觉反馈的机器人辅助骨曲面铣削

在骨曲面铣削时,机器人在控制铣削深度的同时需调整刀具与骨面的夹角来确保手术质量.针对这一问题,本文首先建立了铣刀的振动模型,讨论了铣削时铣刀与骨切面的夹角对铣削振动的影响.其次利用固定在铣刀上的三轴加速度传感器,采集铣刀在铣削过程中的振动信号,并使用快速傅里叶变换从信号中提取出铣刀旋转频率谐波的幅值.然后通过先验实验拟合出切向加速度信号中的一次谐波幅值与深度的线性关系,同时得到轴向加速度信号中的一次谐波幅值随夹角变化的关系,证明这两种谐波幅值可作为控制深度和夹角的反馈量.最后利用PID(比例-积分-微分)控制器和机器人逆运动学提出了基于振动触觉的骨曲面铣削方法.实验结果表明,铣削深度设置值为0.5 mm时,未引入和引入夹角控制方法时的骨曲面铣削深度的均值和标准差分别为0.455 mm±0.046 mm和0.499 mm±0.028 mm.所提方法能提高机器人铣削骨曲面的精确度.     

相交轴转子系统当量化建模与扭振响应分析

齿轮联结的相交轴转子系统具有转子不同体、不同速、不同轴线等结构特点,使其动力学建模异于常规转子系统,论文采用当量化建模方法,将相交轴转子系统转化为同转速、同轴线的转子系统并建立动力学模型,通过与已有研究对比验证了文中基于DyRoBeS当量化建模方法的有效性.以相交轴齿轮联结转子系统典型结构——某型直升机尾传动系统为研究对象,建立了当量化转子系统动力学模型,分析了系统各阶扭振临界转速及其组成、联结齿轮啮合刚度对扭振的影响、联结齿轮转动惯量对系统临界转速的影响,结果表明:传动系统第1、2阶临界转速为派生临界转速,其余8阶均源于各组成轴;中、尾减啮合刚度值与扭振的各阶共振峰值存在映射关系,部分啮合刚度值会激发共振极大值,应尽量避免;中、尾减啮合刚度变化会引发系统临界转速的变化,尤其是第1、2阶临界转速;不同阶临界转速对各个联结齿轮转动惯量的敏感性亦不同.论文从转子动力学角度研究了齿轮联结的相交轴转子系统的动力学特性,可为此类转子系统的结构优化设计及运行维护提供理论依据.     

Dynamic response of a workpiece in turning with continuously varying speed

In order to study the influence of workpiece speed variation on the dynamic response of a workpiece in turning operations, this paper develops a finite element model to describe the lateral vibration of a rotating Euler-beam, in which both axial force and damping effect are included and the workpiece speed changes continuously and periodically. A simplified cutting force model which depends on the feed-rate and workpiece deflection is used along with the proposed finite element model. To solve the obtained finite element equations of a workpiece in turning, the Newmark integration scheme is employed to further discretize the time domain. At each time step the resulting nonlinear equations are solved iteratively. The numerical results show the influence of the workpiece speed variation frequency and amplitude on the dynamic response of turning operations. Also, the suppression of self-excited vibration in turning by changing the workpiece speed periodically is demonstrated by using the present analytical model.     

船舶推进轴系校中对轴系振动影响分析

随着船舶振动噪声要求的提高,现有的静态校中设计方法不再适用,需要考虑轴系校中过程中不对中量对轴系振动的影响.通过对弹性联轴器处三种不对中型式进行受力分析,获得了不对中激励力数学模型,通过台架试验验证了数学模型的准确性.研究表明:轴系不中激励作用下,1倍频和2倍频以及通频振动计算结果与台架试验相对误差小于20%;校中过程中弹性联轴节处不对中量绝对值越大,所产生的激励的幅值越大,造成的振动也越大.     

含齿式联轴器的单盘转子系统耦合故障分

为研究转子系统在不平衡-不对中耦合故障作用下的动力学特征,建立了转子-滚动轴承耦合系统动力学模型.其中,考虑齿式联轴器平行不对中问题,且刚性转盘的质心和形心不同心.通过Lagrange方法推导出系统的动力学方程,并采用数值分析的方式分别分析了联轴器不对中程度、不同的联轴器参与振动的质量大小以及不同的支承条件等对转子系统动力学特性的影响规律.计算结果表明：由于不对中故障的存在,当转子系统运行的转速达到临界转速二分之一时,转盘的横向振动位移明显增大,即不对中量会使系统在二分之一临界转速处产生一个不稳定区域;当采用滚动轴承支承时,随着不对中程度的加剧,上述不稳定区域内转子的最大振幅所对应的转速逐渐增大,而采用线性支承时,尚未出现此类现象;随着联轴器参与不对中故障的质量的增加,系统的振动越来越剧烈.     

具有轴承不对中的多跨柔性转子系统非线性动力学研究

主要研究了具有不对中轴承支承的柔性多转子耦合系统的动力学建模和非线性动力学行为.首先在短轴承假设、小轴承的不对中量和圆盘不平衡量等几个基本假设条件下,考虑了转子的柔度、不对中轴承的非线性油膜力和圆盘的不平衡等因素后,建立了一个具有轴承不对中的10自由度多跨转子系统非线性动力学模型；最后采用数值方法研究了系统的非线性动力...     

采用基础激励下力反作用的大挠性结构动力学建模研究

以中心刚体和挠性梁为例,针对缺乏占质量和惯量强势成分中心刚体的刚柔耦合系统进行动力学建模研究.建立了基于基础激励输入和力反作用输出的离散动力学模型,以仿真计算对本文提出的模型进行验证,仿真结果表明,建立的模型解释了动力学刚化现象产生的原因并计算出不同转速下的系统频率,能够准确地解释刚柔耦合系统的动力刚化现象.同时考虑了中心刚体的运动,发现刚体质量和惯量对系统机动后姿态角振动频率有影响.     

Study of human–seat interface pressure distribution under vertical vibration

The influence of whole-body vertical vibration on the dynamic human–seat interface pressure is investigated using a flexible grid of pressure sensors. The ischium pressure and the overall pressure distribution at the human–seat interface are evaluated as functions of the magnitude and frequency of vibration excitation, and seated posture and height. The dynamic pressure at the seat surface is measured under sinusoidal vertical vibration of different magnitudes in the 1–10 Hz frequency range. Two methods based on ischium pressure and ischium force are proposed to study the influence of seat height, posture and characteristics of vibration. The results of the study reveal that the amplitude of dynamic pressure component increases with an increase in the excitation amplitude in almost entire frequency range considered in this study. The dynamic components of both the ischium pressure and the ischium force reveal peaks in the 4 to 5 Hz frequency band, the range of primary resonant frequency of the seated human body in the vertical mode. The mean values of the dynamic ischium pressure and the ischium force remain constant, irrespective of the excitation frequency and amplitude. The magnitudes of mean pressure and force at the human–seat interface, however, are dependent upon the seat height and the subject's posture. The inter-subject variability of the static ischium pressure and effective contact area are presented as functions of the subject weight and subject weight-to-height ratio. It was found that heavy subjects tend to induce low ischium pressure as a result of increased effective contact area.

Relevance to industry

Pressure distribution at the human–seat interface has been found to be an important factor affecting the seating comfort and work efficiency of various workers. The study of human–seat interface pressure distribution under vibration is specifically critical to the comfort, work efficiency and health of vehicle drivers, who are regularly exposed to vibration. The results reported in this paper will be useful to study dynamic response of the interface pressure and design vehicle seats.     

基于移动有限元法的裂纹梁振动分析

采用移动有限元法和局部柔度法对移动质量作用下含裂纹简支梁进行了振动计算分析.计算考虑了裂纹和移动质量的相对位置对梁固有频率的影响,以及移动质量在不同位置、速度情况下对裂纹梁的动力响应的影响.结果分析表明,裂纹与移动质量的存在会使得梁的动态位移有不同程度的增大,且随着移动质量位置和裂纹位置的改变会使得梁的固有频率变小.