具有弹性静子的碰摩转子轴承系统非线性动力特性研究

建立了非线性油膜力作用下具有弹性静子的转子-轴承系统碰摩故障模型。采用Rugge-Kutta数值积分方法对碰摩故障进行动力学求解,得到系统响应的分岔图。对比研究了有、无碰摩故障情况下系统动力特性,分析了静子质量及碰摩刚度对转子响应的影响。分析结果表明：静子质量越大、碰摩刚度越大,转静子的耦合作用越明显;碰摩刚度较小时,产生的碰摩力较小,即使发生碰摩,对系统的动力特性影响也很小。     

含不平衡-碰摩-基础松动耦合故障的转子-滚动轴承系统非线性动力响应分析

建立了滚动轴承支承下的转子系统的不平衡-碰摩-基础松动耦合故障动力学模型.充分考虑了滚动轴承的间隙、非线性赫兹接触力以及由变柔性VC(Varying compliance)振动,综合考虑了转子不平衡、转静碰摩以及基础松动故障的耦合振动.运用数值积分方法分析了转子旋转速度、滚动轴承间隙、碰摩刚度、转子偏心量及轴承座质量对系统动力响应的影响,并运用分叉图、相平面图、频谱图以及Poincar橛成溲芯苛讼低撤植嬗牖煦缣卣?发现了含不平衡、碰摩及基础松动耦合故障的转子-滚动轴承系统的非线性动力响应规律.     

具有不平衡-碰摩耦合故障的转子-滚动轴承系统非线性动力学研究

建立了滚动轴承支承下的转子系统的不平衡-碰摩耦合故障动力学模型.在滚动轴承模型中,充分考虑了滚动轴承间隙、滚动轴承的滚珠与滚道的非线性赫兹接触力以及由滚动轴承支撑刚度变化而产生的VC(Varying compliance)振动,在转子系统中,考虑了不平衡和转静碰摩耦合故障.运用数值积分方法获取了系统的非线性动力响应,分析了转子旋转速度、滚动轴承间隙、碰摩刚度、转子偏心量对系统动力响应的影响,研究了系统分叉与混沌特征分析,发现了通往混沌的倍周期分叉和阵发性分叉途径.     

高速转子轴承系统碰摩故障仿真研究

应用非线性动力学理论对高速碰摩转子系统模型进行了研究,得出滑动轴承支撑下的碰摩转子系统的振动特征.研究了偏心距参数对系统振动特性的影响.对建立的碰摩故障的转子系统的动力学模型应用数值积分方法进行求解,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转速、偏心量的变化规律.为准确诊断滑动轴承支撑下的转子碰摩故障、减小系统故障发生率和提高系统动力学特性具有重要意义.     

带碰摩耦合故障的转子-滚动轴承-机匣耦合动力学模型

建立了含转子不平衡-松动-碰摩耦合故障的转子-滚动轴承-机匣耦合动力学模型.在模型中,充分考虑了转子系统的不平衡、基础松动及转静碰摩故障的耦合;对滚动轴承模型,充分考虑了轴承间隙、轴承滚珠与滚道的非线性赫兹接触力以及由轴承支撑刚度变化而产生的VC（varying compliance）振动.运用数值积分方法获取了系统响应,并利用振幅-转速曲线图、分叉图、相平面图、频谱图、Poincaré截面图和轴心轨迹图研究了系统的分叉与混沌运动,分析了旋转速度、碰摩刚度、转子偏心量、轴承座质量、轴承座与机匣间的连接刚度以及机匣与基础间的连接刚度对系统响应的影响,得到了在不平衡-松动-碰摩故障耦合下的转子-滚动轴承-机匣耦合系统动力响应规律.     

基于时频分析的裂纹转子碰摩故障特征研究

为研究转子系统耦合故障特性,采用有限元方法建立了含有横向裂纹、转静碰摩的非线性转子动力学模型。首先研究了不同转速下裂纹、碰摩单一故障下转子系统的振动响应,其次研究了两种故障耦合情况下系统的振动响应特征。采用波形图、FFT谱图、瞬时频率和Hilbert-Huang时频谱(HHS)相结合的方法对故障转子振动信号进行了分析。分析结果表明:运用多种时频分析相结合的方法可以较为全面地了解转子的故障特征,裂纹转子在1/5、1/3临界转速时会发生较为明显的5X、3X谐波,且裂纹的产生会导致响应幅值增大,从而引起更为严重的碰摩。      

转子-滚动轴承耦合系统的转静碰摩故障分析与智能诊断

针对航空发动机转静碰摩故障诊断问题,建立了含不平衡-碰摩故障的转子滚动轴承耦合系统动力学模型.在模型中,充分考虑了滚动轴承的间隙、非线性赫兹接触以及变柔性VC(Varying compliance)振动.首先运用数值积分获取系统响应,进行碰摩故障分析,并得到了大量的碰摩故障仿真样本;其次利用支持向量机从大量样本中获取碰摩故障知识;然后利用转子实验器获取碰摩故障实验样本;最后利用训练好的支持向量机对碰摩故障实验样本进行智能诊断,最高识别率达到了91%.     

动静偏心电磁激励下水电机组碰摩转子-轴承系统弯扭耦合振动特性分析

基于对同时考虑定转子间动、静偏心不平衡磁拉力模型的构建,建立了电磁激励下水电机组碰摩转子-轴承系统弯扭耦合振动非线性动力学方程,采用数值分析方法研究了质量偏心、励磁电流和气隙动静偏心参数变化对系统动态响应的影响,并与仅考虑广义气隙偏心影响下机组碰摩弯扭耦合振动模型进行了对比。结果表明,随着质量偏心的增大,系统弯扭耦合作用明显增强。动、静偏心的加入显著改变了系统动态特性,周期7及周期10等新的运动特征得以显现。此外,动、静偏心对系统动态响应的表现形式影响存在明显不同。相比于静偏心,以诱发一倍转频电磁激励成分为主的动偏心故障更容易使机组产生较大振动,甚至造成全周碰摩情况发生,需要引起足够的重视。     

松动碰摩转子轴承系统周期运动稳定性研究

根据松动碰摩耦合故障转子轴承系统的非线性动力学方程，利用求解非线性非自治系统周期解的延拓打靶方法，对系统周期运动的稳定性及其失稳规律进行了研究，得到了系统在不平衡量-转速、碰摩间隙-转速等参数域内的分岔集。分析表明：在较大和较小的不平衡量下，系统的周期运动分别以Hopf分岔形式和倍周期分岔形式失稳；耦合故障转子轴承系统表现出与碰摩转子轴承系统相似的分岔失稳规律；随着系统动静件之间的碰摩间隙减小，系统的Hopf分岔集区间变大而且失稳转速降低。该结论可以为转子系统的故障诊断、安全稳定运行及振动控制提供理论依据。     

离心压缩机碰摩振动建模及改进方法

分析了福建龙岩某厂离心压缩机运行中碰摩振动的实际故障,认定碰摩是转子与静止部件摩擦引起的一种特有故障。局部碰磨一般是不对称的非线性振动,多数情况下产生转速频率的1/2次谐波振动;大面积碰摩会产生附加非线性作用,而使二、三次谐波幅值明显加大。运用非线性动力学理论,建立碰摩振动模型,并以实验进行验证,证明该模型是可行的,为离心压缩机工程实际碰摩故障准确诊断、控制提供了依据。分析了影响碰摩振动的因素,认为偏心距、转速、半径间隙、偏心量、静子径向刚度等对碰摩振动影响较大。提出一些具体的改进方法,可为同类问题提供参考。     

双盘转子系统轴向－径向碰摩非线性动力学特性分析

动静碰摩是透平机械常见的故障之一,其动力学行为较为复杂,表现为在机器运行的过程中碰摩故障产生的故障征兆丰富多样。建立了双盘转子-轴承系统在轴向碰摩、径向碰摩以及两种碰摩共同冲击下的有限元法连续模型,采用计及了回转效应和剪切效应的梁单元,对转子系统在不同碰摩情况下的非线性动力学行为进行了数值模拟,研究了转子转速、转子系统上的不平衡量的分布以及碰摩刚度对系统的影响。研究结果表明：相对于径向碰摩故障的动力学特征,轴向碰摩产生的非线性特征不明显,与工程中观察的现象基本一致的;但当两种碰摩均考虑时,系统的非线性动力学特征与仅考虑径向碰摩时有显著的不同。所得计算结果可为大型高速旋转机械系统的故障诊断和碰摩故障的振动控制提供理论指导,从而保证系统的安全运行。     

转子系统振动特性演化规律研究

基于碰摩理论建立Jeffcott转子系统动力学模型,基于现代非线性动力学和分叉理论对转子系统进行深入分析,确定周期无碰摩响应的边界、碰摩运动的边界及其稳定性边界。对系统参数阻尼比和偏心率对转子系统振动响应特性随旋转速度演化规律的影响进行详细分析,得到不同振动响应演化方式在阻尼比和偏心率参数平面上的分布,给出各种转子系统响应特性随旋转速度的演化规律。分析结果有助于更好地理解转子系统的无碰摩周期运动、同频全周碰摩运动、局部碰摩运动、反向涡动失稳以及跳跃现象等动态响应特性和系统参数之间的关系。     

交叉刚度对转子碰摩动力学特性的影响分析

针对简化弹簧模型和非线性动态油膜力模型皆不利于交叉刚度对碰摩转子动力学影响分析的问题,建立了基于非对称直接刚度和交叉刚度的Jeffcott转子动力学模型。结合打靶法和Floquet理论研究了转子交叉耦合刚度对转子系统运动稳定性的影响规律。创新性地引入了"碰摩能"新参量对碰摩故障进行量化表征,在此基础上分析了不同交叉刚度下转静件间隙的变化对转子碰摩程度的影响。分析结果表明,在不同"碰摩能"的情况下,转子系统交叉刚度的变化可诱发周期-1运动,再经擦边分岔突变为混沌和经Neimark-Sacker分岔渐变为混沌,正向涡动经跨临界分岔演化为反向涡动;交叉刚度较大时,增大转静件间隙反而会加重转静子碰摩的程度。     

双碰摩故障转子系统碰摩位置定量诊断方法

利用谐波平衡法中谐波分量的特征分析双碰摩故障转子系统的动力学特性,以碰摩故障转子系统响应的谐波分量与无故障转子系统频率响应函数矩阵中对应元素成比例为依据,利用原无故障转子系统和发生双碰摩故障后的转子系统三点响应中任意一阶谐波分量之差,提出了双碰摩故障转子系统碰摩位置的定量诊断方法。通过碰摩故障前后转子三个测点的振动响应数据就可以分别确定双碰摩故障转子系统的两个碰摩位置,并采用数值模拟仿真实验验证了方法的正确性和可行性。     

径向-轴向碰摩双盘转子-机匣系统的数值仿真分析

基于一新型径向-轴向复合碰摩双盘转子-机匣力学模型,利用数值积分和Poincare映射方法,对转子-机匣系统由于径向-轴向碰摩故障导致的非线性动力学行为进行了数值仿真研究,给出了系统响应随转速和偏心量变化的分岔图和一些典型的Poincare截面图、相轨图、轴心轨迹、幅值谱图和时域响应等。研究结果表明:径向-轴向复合碰摩弯扭耦合系统具有很强的非线性,拟周期和混沌是系统碰摩的主要特征。系统参数的改变对系统响应的特征有较大的影响,随转速的增大表现为“周期→拟周期→周期→拟周期→周期→混沌”的演变过程。偏心比较小时,系统为周期1运动,超过某一值后,系统直接演化为混沌运动,或演变为拟周期运动,并最终进入混沌。碰摩时谐波成分存在,静子的频率成分较转子更为丰富,主要分布在两个区域,即1倍工频及其周围的高低频率成分,3倍工频及其周围的频率成分。静子的振动特征表现出了类似转子的演变规律。     

滚动轴承转子系统不对中-碰摩耦合故障非线性动力学分析

为了获取转子系统不对中-碰摩耦合故障下的动力学特性,通过拉格朗日待定乘子法建立了在完整约束下滚动轴承转子系统非线性动力学微分方程,采用龙格库塔数值法研究了不对中-碰摩耦合故障下系统的动力学响应,采用时域图、轴心轨迹图、分叉图、Poincare截面图和FFT谱图分析了不对中度、碰摩刚度和碰摩间隙对转子振动响应的影响。分析结果表明:不对中度的增大会使系统1倍频振动响应增大,也会产生2倍、4倍等偶数倍频,同时出现与VC(Varying Compliance)频率之间的组合频率响应。在低转速下,碰摩刚度和碰摩间隙对转子系统的影响较小;在高转速下,较小的碰摩刚度和较大的碰摩间隙会缓解系统的非线性行为。     

不确定性激励下碰摩转子的振动响应识别

应用伪周期替代数据算法分析受不确定性激励的碰摩故障转子振动响应,对故障信号进行识别和分类。在考虑非线性油膜力及碰摩力作用的基础上,建立有界噪声激励作用下碰摩故障转子系统动力学模型,对系统振动响应信号及其相应替代数据进行对比分析与识别,应用关联维数作为检验假设的判别统计量,并结合Poincaré截面图、最大Lyapunov指数及分岔图进行验证。结果表明,替代数据算法能够有效识别此类受随机不确定激励转子系统的周期占优与混沌占优响应信号,可进一步应用于受不确定性激励转子系统的信号识别与故障诊断研究。     

滑动轴承-转子系统不平衡-不对中-碰摩耦合故障动力学建模及响应信号分解

建立了非线性油膜力影响下不平衡-不对中-碰摩耦合故障的滑动轴承-转子系统动力学模型。模型中充分考虑了滑动轴承-转子系统中非线性油膜力的影响,并在此基础上建立了不平衡、不对中和碰摩故障耦合作用下的系统动力学模型,利用有限元分析方法获得系统振动响应。同时,在转子试验台上模拟耦合故障,获取实测信号与模型仿真响应进行对比分析。针对耦合故障振动响应中频率混叠的问题,提出了一种微分耦合经验模态分解对系统响应进行分解,为各耦合故障征兆的获取提供基础。仿真与实验结果证明了耦合故障模型的准确性以及微分耦合经验模态分解的有效性。     

有限元与包络解调相结合的碰摩故障诊断

利用有限元与包络解调方法研究碰摩故障下静子振动信号的变化规律。分析静子振动机理，碰摩时静子受到冲击力作用，会引发静子高频固有振动，提出可采用包络解调法进行碰摩故障的诊断。针对静子结构特点，利用有限元方法进行静子碰摩振动动力学分析，然后进行静子振动信号的包络分析，从而完成分析诊断过程。最后分别进行单点碰摩与局部碰摩故障模拟实验，对实测静子振动信号进行包络解调分析，仿真与实验结果表明静子的高频固有振动信号可以揭示碰摩故障的发生。     

碰摩和油膜耦合故障转子系统周期运动分岔分析

根据碰摩和油膜耦合故障转子系统的非线性动力学方程,利用求解非线性非自治动力系统周期解的延拓打靶算法,研究了该类转子系统在不平衡量-转速、碰摩间隙-转速参数域内周期运动的分岔及失稳规律,并与只含油膜故障的转子系统的分岔失稳规律进行了比较.结果发现:碰摩的出现和加剧,使得在较小偏心量下系统的失稳方式由倍周期分岔变为拟周期分岔形式.碰摩推迟了油膜涡动的产生,使得系统的失稳转速较高.碰摩间隙较大时,系统周期运动失稳转速值基本不变.