航空发动机自带冠叶片减振特性研究

摘 要：将自带冠叶片模化为质量弹簧模型。自带冠叶片减振主要是由于冠间碰撞和摩擦的组合运动来实现的,因此本文将冠间的接触简化为带对称间隙的弹簧阻尼模型,摩擦模型采用Sgn模型,从而建立该系统的动力学方程,进而采用Runge-Kutta数值方法求解系统的动力学方程。本文主要探讨了冠间间隙、刚度比、接触角度、摩擦系数等多种参数对减振效果的影响。结果表明：叶片的振动能量与冠间间隙、刚度比、接触角度、摩擦系数等参数有关,参数选取要考虑工作转速的范围。冠间的碰摩组合运动为硬式分段线性的非线性振动,因此本文同时采用Poincaré映射图和频谱图等方法对系统的非线性特性进行了一定的研究。
     

齿面摩擦对面齿轮传动系统振动特性的影响分析

为研究齿面摩擦力对正交面齿轮传动系统动态特性的影响,基于集中参数理论,建立了考虑齿面摩擦、齿侧间隙、传动误差、时变啮合刚度、啮合阻尼、支撑刚度和阻尼等参数的正交面齿轮多自由度耦合振动模型,采用龙格库塔数值积分法对系统的动力学方程求解,得到随摩擦系统变换的系统动态响应分岔特性。结果表明,随齿面摩擦系数的变化,面齿轮传动系统的动力学特性有周期响应和混沌响应,动态特性比较复杂。     

考虑多间隙的齿轮柔性转子耦合系统非线性动力学分析

考虑齿侧间隙、轴承径向间隙,推导时变啮合刚度和时变轴承刚度,使用有限元法建立质量、刚度、阻尼矩阵并使用整体法组装,建立能够适用于复杂载荷的齿轮滚动轴承柔性转子系统非线性动力学模型。使用FPA修正法确定求解周期,采用Runge-Kutta法、Newton-Raphson法对非线性动力学方程组求解,求解最大Lyapunov指数判断系统的动力学行为。对动力学方程进行数值仿真,研究转速、齿侧间隙、转轴刚度、轴承径向间隙等参数对非线性动力学行为的影响。研究结果表明,随着齿侧间隙增大,齿轮系统会出现脱齿和挤齿现象,临界转速附近由拟周期运动进入混沌运动。随着转轴刚度降低,弯扭耦合振动临界转速减小,脱齿、挤齿和冲击现象逐渐减轻。随着径向间隙增大,轴承的非线性振动对系统的影响逐渐增大,轴承变刚度激励的幅值增大。     

质量偏心旋转机械转子-机匣系统碰摩的失效研究

针对仅考虑质量偏心的Jeffcott转子-机匣系统碰摩的动力学方程，进行了旋转机械转子-机匣系统碰摩可靠性分析，研究了转轴刚度和阻尼，定子刚度和阻尼，偏心距和定子径向刚度对可靠度的影响，并给出了数值分析解。     

多跨转子系统流体引发自激振动稳定性分析

以实际压缩机组多跨转子系统为研究对象,针对由间隙气流激振力引起的失稳问题,进行Alford力作用下多跨转子系统的动力学及稳定性分析。针对该类模型自由度多的特点,采用固定界面模态综合法降维措施与Newmark-β法相结合,提高了求解效率。研究交叉刚度、工作转速等对转子涡动的影响,以及多跨转子系统中Alford力的传递作用;通过以时间历程曲线为稳定性判据,进行不同交叉刚度、阻尼、刚度系数下的稳定性分析。结果表明,交叉刚度的增大会加重转子涡动,降低系统的稳定性;系统阻尼和刚度的增大可提高稳定性;失稳交叉刚度与支承的交叉刚度存在一定关系,当其大于支承最小交叉刚度且接近支承最大交叉刚度时,系统容易失稳。     

带干摩擦接触的叶根模态阻尼分析方法

发展了一种叶根模态阻尼分析方法,针对叶根干摩擦问题,采用带接触的叶根高保真模型,基于能量耗散原理来进行模态阻尼的计算,此方法主要分为三部分:在ANSYS有限元软件中采用可描述面与面间摩擦接触交互作用的接触单元,建立带干摩擦接触的叶根高保真模型;对其进行模态分析,并在瞬态分析模块中对局部叶根模型进行简谐作用下的强迫振动模拟及求解;根据叶根接触面微滑移下干摩擦产生的耗散能,计算获取模态损耗因子。该方法可以对不同振型下带叶根干摩擦阻尼叶片的模态损耗因子进行预测分析。通过带接触面的真实叶根模型对该方法进行了验证,并分析了不同振型下振幅、转速、摩擦系数以及法向和切向接触刚度对模态损耗因子的影响。     

外滚道剥落的高速轴承转子非线性系统及其振动响应分析

为了建立符合工程实际的外滚道剥落高速轴承转子系统动力学模型,将滚道剥落引起的时变位移和时变冲击激励、油膜时变刚度和时变阻尼、钢球与滚道时变接触刚度和时变接触角、时变接触力等非线性因素综合考虑,结合JONES的高速球轴承动力学模型建立了外滚道剥落的高速轴承转子系统非线性动力学模型.基于该模型研究了剥落尺寸和转速变化时轴承...     

干气密封动静环摩擦界面热弹法向接触刚度分形模型

基于分形理论,根据重新建立的微凸体接触模型,并考虑微凸体弹性变形以及热应力变形,建立了干气密封两摩擦界面热弹性法向接触刚度计算模型,并对其影响因素进行了数值分析。研究结果表明:热法向接触刚度、弹性法向接触刚度均随无量纲真实接触面积、分形维数增大而增大,而随特征尺寸增大而减小,其中分形维数、特征尺寸对弹性法向接触刚度影响较为显著;摩擦因数对热法向接触刚度和弹性法向接触刚度的影响相反,摩擦因数增大,热法向接触刚度变大,而弹性法向接触刚度变小;热法向接触刚度随着转速以线性方式增大。摩擦界面热弹法向接触刚度分形模型的建立与分析,将为研究考虑热效应的干气密封摩擦振动奠定一定基础。     

基础激励下磁悬浮转子-隔振器系统振动抑制研究

磁悬浮轴承对基础激励抑制能力有限,当基础激励导致转子振动大于其悬浮间隙时,磁悬浮轴承系统转定子间会产生碰摩损伤以致设备损坏。针对上述问题,提出了结合隔振器和磁悬浮轴承主动控制器的基础激励抑振方法。在建立基础激励下磁悬浮转子模型的基础上,进一步考虑隔振器、基础、磁悬浮轴承定子相互耦合作用,以广义力形式将三者耦合关系转移到磁悬浮转子系统方程的刚度、阻尼矩阵中,建立了磁悬浮转子-隔振器耦合系统机电一体化模型。根据耦合模型分析不同简谐激励下隔振器设计参数变化对转子振幅的影响,并基于转子振幅变化规律,以隔振器最大变形、最大加速度、转定子间隙为设计目标,推导出合适的隔振器刚度范围。结合隔振器-高刚度主动控制器的耦合抑振作用,从理论和试验分析了耦合系统对基础激励的抑振效果。结果表明,与没有隔振器作用的磁悬浮转子系统相比,采用隔振器-高刚度控制器耦合控制可将转子最大振幅从0.052 mm降低到0.011 mm以内,转子整体振幅小于保护间隙(0.125 mm)的10%。     

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。     

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。     

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.     

高速主轴动力学建模及速度效应分析

考虑高速旋转部件的离心力和陀螺力矩效应,利用Timoshenko梁单元和转盘单元建立主轴转子、转盘、主轴箱等部件有限元模型,并对Jones轴承模型进行扩展建立高速滚动轴承非线性模型。将各子部件模型进行集成,得到整个高速主轴系统的非线性动力学方程,并进行试验验证。分别从转子陀螺力矩、转子离心力和轴承软化这三个角度,系统地研究高速旋转状态下主轴-轴承系统内部的速度效应及其对整个系统动态特性的影响规律。结果表明:当系统存在较大的阻尼比(1%~5%)时,陀螺力矩对系统的直接频率响应函数影响不明显,但是对交叉传递函数的影响显著;随着主轴转速的升高,主轴转子的离心力效应会逐渐削弱主轴系统的刚度,最终使整个高速主轴系统的固有频率降低;必须综合考虑主轴转子的离心力效应和轴承的软化效应,才能比较准确地仿真高速主轴系统的动力学特性。     

花键连接转子系统稳定性研究

花键联轴器被广泛应用于飞机上,在涡轮端和输出组件、发电机以及发动机其他配件间传递动力。为获得花键联轴器引起的花键连接转子失稳原理,将花键力模拟成等效的刚度系数和阻尼系数,采用有限元方法建立花键连接转子模型,采用特征值方法得到花键力对花键连接转子系统稳定性影响,此外,讨论摩擦系数、负载扭矩和外阻尼对系统稳定性的影响。研究结果表明,摩擦系数和负载扭矩增加会降低系统稳定性,相反,外阻尼会增加花键连接转子系统稳定性。     

多体系统斜碰撞动力学中的结构柔性效应

本文针对重力场下作大范围回转运动的柔性梁与一固定斜面发生斜碰撞的情况,建立起系统含碰撞的一致线性化的动力学方程。根据Ｈｅｒｔｚ接触理论和线性切线接触刚度建立碰撞接触模型。针对结构不同刚度的情况进行了仿真计算,由仿真算例的计算结果可以看出,结构的柔性对碰撞过程中的微运动具有明显的作用,同时对降低由于碰撞而引起的能量损耗和减少碰撞作用力起到一定的效果。     

Numerical analysis of the symmetric hybrid transducer ultrasonicmotor

In this paper, operation of a symmetric hybrid transducer ultrasonic motor with output produced by two rotors connected together via a drive shaft is numerically analyzed and compared with the traditional asymmetric hybrid transducer motor design that produces its output from only one rotor. A one-dimensional finite element model for torsional vibration in the stator and a Coulomb friction model for rotor/stator contact associated with the longitudinal vibration of the motor are introduced. The calculation results demonstrate that the symmetric design is capable of performance comparable with the traditional asymmetric design when an optimum static spring force in the rotor/stator contact interface is applied during operation     

一种考虑径向-轴向碰摩的双盘转子-机匣系统力学模型的建立

建立一个新型径向-轴向复合碰摩转子-机匣系统力学模型,基于轴向碰摩由盘的偏转导致的假设,考虑到振动过程中转轴的挠曲线是一空间曲线,依据偏转角微小角度矢量合成原则,求解出偏转角的振动位移表达式,并以此为基础详细推导了双盘转、静子碰摩点的分布及运动微分方程。本模型既能同时描述转、静子的弯曲振动和扭转振动,又能描述转、静子间的轴向碰摩和径向碰摩,且轴向碰摩和径向碰摩既可以独立发生,亦可共同发生。所建立的力学模型为数值仿真分析,及进一步的研究径向-轴向复合碰摩系统的弯扭耦合非线性振动特性奠定了基础。     

旋转机械动静碰摩机理研究

通过引入混沌理论对碰摩的非线性特征进行了理论分析及数值求解，研究不平衡力和转速等条件发生变化时，碰摩的发展历程。结果表明，随控制参数转速的变化，碰摩出现从稳定周期运动经过倍周期分叉到达混沌的特征。文中对某电厂200MW机组出现的碰摩故障进行了实际分析和理论对照，得到的一般规律和理论定性分析结果一致。