含间隙和时变啮合刚度的弧齿锥齿轮传动系统非线性振动特性研究

齿面侧隙和时变啮合刚度等因素的存在,将导致弧齿锥齿轮传动系统在工作过程中呈现典型的非线性特性;置于转子上的弧齿锥齿轮传动系统被等效处理为8自由度动力学模型,借助动态相对传动误差,使两轮转动自由度合并,建立了7自由度的非线性振动方程。采用A算符算法获得了不同工况下弧齿锥齿轮系统的扭转、横向及轴向的振动位移和速度,发现随着啮合频率的变化,系统经倍周期分岔进入混沌,而随着支承刚度的变化,系统经拟周期分岔进入混沌振动,在啮合频率的变化过程中,系统存在跳跃现象。     

星形齿轮传动系统分岔与混沌的研究

迄今,未有文献详细研究复杂齿轮系统在强非线性因素激励下的混沌与分岔性态。建立了星形齿轮传动的间隙型非线性动力学模型并用数值解法进行了求解。研究了系统在改变激振频率或者齿轮副啮合阻尼比时产生的种类分岔以及通向混沌的途径。利用Poincare映射和分岔图详细描述了系统在倍周期分岔和拟周期分岔道路上吸引子由规则运动到混沌运动深化过程。发现了因变化阻尼比引起的周期倍化道路上存在的吸引子突变现象。从而首次从理论上揭示了星形齿轮系统非线性动力学行为的复杂性态。     

基于Taylor变换法的转子系统分岔与稳定性研究

对双盘转子系统的非线性动力学模型，引入求解非线性微分方程的Taylor变换法，分析转子振动系统动力学特性以及激振频率等参数对系统的影响，利用非线性动力学分析中的打靶法求该系统的周期解，并利用Floquet主导特征乘子判断不同周期轨道的失稳方式。结果表明，考虑非线性油膜力影响后，转子系统的运动状态随转速增加由周期至二倍周期再至周期再至拟周期，或者经周期运动直接至混沌运动．不平衡质量影响转子系统的分岔阈值和分岔类型，阻尼对分岔阈值和系统的运动稳定性有一定的影响。     

含时变啮合刚度的间隙非线性齿轮系统的混沌控制

基于含时变啮合刚度和间隙非线性单级齿轮系统的动力学模型,分析了系统响应的动态特性。针对系统在部分参数区域发生的混沌运动,运用OGY控制原理,以混沌吸引子内部不稳定周期轨道为目标,通过对系统的外激励参数实施连续的小扰动,使系统的轨道始终落在未加扰动的鞍点轨道的稳定流形上,从而实现了系统运动的稳定化。     

两级行星轮系分岔与混沌特性研究

建立了某设备两级行星齿轮传动系统非线性纯扭转动力学模型,模型在综合考虑时变啮合刚度、齿侧间隙与综合啮合误差等强非线性因素的基础上,推导出系统在广义坐标下的量纲一动力学方程,并采用数值积分方法对方程组进行求解,得到了系统的非线性动态响应结果,综合运用分岔图、相空间轨线和Poincáre截面研究了激励频率、啮合阻尼比对系统分岔与混沌特性的影响。结果表明：多级行星轮系在高速轻载工况下,由于齿侧间隙与时变啮合刚度等非线性因素的耦合作用使其具有丰富的非线性动力学特性;系统随激励频率的变化出现简谐运动、非简谐周期运动、拟周期运动和混沌运动等多种运动状态;系统通过Hopf分岔等多种途径由周期运动进入混沌运动;增大系统啮合阻尼比可使系统复杂运动状态区间缩小,稳定周期运动状态区间扩大。     

一类单边刚性碰撞系统的分岔与混沌控制

研究了一类单自由度刚性碰撞系统的分岔和混沌运动。建立系统周期运动的Poincaré映射,通过数值仿真揭示了系统通过倍化分岔通向混沌的道路和系统的周期运动、混沌运动。最后运用外加恒定载荷控制方法对系统的混沌运动进行了有效的控制,使系统达到不同的周期轨道。     

滚动轴承-转子系统非线性参数、强迫联合振动

建立考虑非线性轴承力、径向游隙、变柔度等非线性因素和不平衡力的滚动轴承-转子系统动力学方程,并用自适应Runge-Kutta-Felhberg算法对其求解,利用分岔图、Poincaré映射图和频谱图,分析参数、强迫联合激励的滚动轴承-转子系统的响应、分岔和混沌等非线性动力特性.结果表明,滚动轴承-转子系统有多种周期和混沌响应形式,其振动频率不仅有参数振动频率成分和强迫振动频率成分,而且有二者的倍频成分和组合频率成分;随着径向游隙的增大,转子系统的非线性特性增强;不平衡力较小时,系统中参数振动占主导地位,增大不平衡力有利于抑制转子系统的不稳定振动.随不平衡力的增大,强迫振动逐渐增强,大的不平衡力会诱发系统产生混沌振动;转子系统进入混沌的主要途径是倍周期分岔.     

高维含间隙振动系统的分岔与混沌研究

通过用解析法和变步长四阶Runge-Kutta数值法相结合，对一类三自由度含间隙弹性约束系统进行分析与仿真，证明三自由度含间隙系统通向混沌的道路不仅有倍周期道路和拟周期道路，而且还有包含Neimark-sacke，分岔的倍周期道路、包含叉式分岔的倍周期道路等复杂的混沌演化过程。对该系统分岔与混沌行为的研究，为工业实际中含间隙机械系统和冲击振动系统的优化设计提供理论依据。     

旋转机械耦合传动系统参激振动分析与控制

以一类旋转机械传动系统的扭振为研究对象,考虑轴系时变刚度变化和非线性摩擦阻尼力的影响,根据Lagrange原理建立了一类旋转机械传动系统的耦合非线性动力学方程,利用多尺度方法推导出了系统的平均方程,并根据Hopf分岔理论给出了系统发生Hopf分岔的充要条件及周期运动稳定性的判别方法,分析了参数共振和内共振条件下系统的分岔特性。为抑制传动系统因亚临界Hopf分岔引起的失稳振荡,引入非线性反馈控制,对系统的Hopf分岔点进行转移并控制周期运动的稳定性和幅值。研究结果为非线性旋转机械参激振动的分析及控制提供了有效方法。     

椭圆轴承-转子系统非线性运动及稳定性分析

运行中的轴承—转子系统,由于油膜出现气穴,存在破裂区域,此时Reynolds方程的变分形式已不能满足。基于变分约束原理,按照油膜的物理特性,在动力积分、迭代过程中实时形成修正的Reynolds方程变分形式的有限元方程及其扰动方程,在不增加计算量的情况下,同时求得了非线性油膜力及其Jacobian矩阵,并且使其具有相互协调一致的精度。将预估—校正机理和Newton-Raphson方法相结合给出了一种轴承—转子系统Hopf分岔点所对应线性失稳转速及轴承动力学系数的计算方法。将时间尺度引入PNF(Poincare-Newton-Floquetl方法求得了系统Hopf分岔极限环解及其涡动周期,判断了该解的稳定性。基于PNF法及将延续算法和PNF法相结合的轨迹预测追踪算法研究了系统非线性不平衡周期响应,结合Floquet理论分析了非线性轴承—转子系统T周期运动的局部稳定性和分岔行为。运用Lyapunov指数分析了系统响应的混沌现象。数值结果展现了系统响应具有丰富复杂的周期、拟周期、多解共存、跳跃和混沌等非线性现象。     

单级齿轮传动系统的Hopf分岔与混沌研究

为研究齿轮传动系统中齿侧间隙等非线性因素对系统振动特性的影响,综合考虑齿侧间隙、时变啮合刚度、综合啮合误差和轴承纵向响应,建立了三自由度单级直齿轮副传动系统的扭转振动非线性动力学模型;采用变步长4-5阶Runge-Kutta法,对系统运动的状态方程进行了数值求解;构建了系统的Poincaré截面,得到了系统的分岔图。结合系统相图、Poincaré映射图及FFT频谱图,分析了系统在激励频率变化时的动力学特性,发现系统在不同激励频率下会发生Hopf分岔、环面倍化、擦切分岔及倍化分岔。     

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.     

齿轮系统倍周期分岔和混沌层次结构的研究

针对考虑间隙和时变啮合刚度的强非线性齿轮系统动力学模型,讨论了混乱带中倍周期分岔现象及混沌的层次结构问题。利用频谱分析法对周期运动和混沌运动进行判断,并对嵌于不同混乱带中的周期轨道进行区分。运用分频采样法求解强非线性齿轮系统主倍周期分岔序列与混沌带合并序列,以及混沌带中周期窗口和混沌窗口共存的层次结构问题。通过分析揭示了强非线性齿轮系统存在着复杂的分岔结构和普适规律,并为深入研究机械系统非线性动力学行为的性态提供参考。     

含松动与碰摩的转子-轴承系统非线性行为分析

以含松动与碰摩的转子-轴承系统为研究对象,采用一种新的短轴承非稳态油膜力公式和非稳态油膜转子-轴承系统碰摩的刚性约束非光滑模型建立系统的动力学方程,利用4阶Rounge-Kutta法求解非线性动力学方程,运用Mat-lab对系统进行数值模拟,通过分析相图、分岔图、Poincare截面图以及幅值谱图,得出系统丰富的非线性特性。结果表明含松动与碰摩的转子-轴承系统在工作转速较低时,轴承支座作微幅振动,随着转速增加,振动幅度也增加,在高速运转下系统处于混沌运动状态;含松动与碰摩的转子-轴承系统中松动端轴承支座在拟周期和混沌运动状态下的轴心轨迹松散,呈“柱状”结构,而未松动端在相同状态下轴心轨迹图结构紧凑,由此可以判断转子-轴承系统的松动故障。     

多因素条件下单级齿轮系统的非线性特性

考虑啮合刚度、齿侧间隙和轴承支撑间隙等因素,运用集中质量法建立了三自由度直齿圆柱齿轮副弯扭耦合非线性振动模型,并据此研究了各参数对齿轮系统非线性振动特性的影响。结果表明：齿侧间隙一定时,随着频率的升高,系统由周期运动通过激变直接进入混沌,然后又由混沌通过激变变为周期运动;在周期运动中,系统经过倍周期分岔,由双周期运动变为四周期运动,然后又通过逆倍周期分岔,由四周期运动变为双周期运动,之后又由双周期运动变为单周期运动;不同的输入转频条件下,间隙变化使系统表现出不同分岔特性,在某些特定频率下,间隙变化只增加系统响应能量变化,并不改变其动力学特性。     

转速激励下齿轮系统拍击振动的分岔特性

在考虑齿轮轴偏心质量、主动轴转速波动、轮齿时变啮合刚度及齿轮副齿侧间隙的情况下,建立了齿轮传动系统拍击振动分析的集中质量模型。计算了主动轴转速波动激励下齿轮传动系统振动性态随负载力矩变化的分岔规律。计算结果表明,随着负载力矩的减小,齿轮副依次出现三种振动状态,即:①完全啮合的振动状态; ②仅有齿面碰撞的脱啮碰撞振动状态;③同时具有齿面碰撞和齿背碰撞的脱啮碰撞振动状态。通过倍周期分岔, 系统振动由周期转变为混沌,而在混沌区域中还存在一些周期窗口。齿轮副在振动状态转变的过程中均出现了跳跃现象,而跳跃过程的振动周期并不改变。分岔过程揭示出系统具有复杂的非线性特征。     

流体动压轴承-转子动力系统的分岔和混沌

运用非线性动力学现代理论对一流体动压轴承一柔性转子非线性动力系统进行研究。以转速作为系统控制参数，将预估．校正机制、Poincar6映射和Newton打靶法相结合形成一种周期解预测跟踪算法，运用该方法研究了系统的非线性不平衡周期响应及其分岔点；运用Floquet稳定性分岔理论研究了系统周期响应的稳定性和分岔形式；运用FFT、功率谱、Lyapunov指数谱分析了系统响应的瞬态混沌现象。数值结果展现了系统具有周期、拟周期、多解共存、跳跃、瞬态混沌等丰富复杂的非线性现象。     

高速主轴系统非线性动力学建模与数值仿真

为了深入分析主轴-刀柄系统的非线性动力学特性,以高速切削机床的主轴-刀柄系统为研究对象,综合考虑主轴-刀柄结合面及角接触球轴承非线性接触力,基于铁木辛柯梁理论建立了包含转动惯量、剪切变形及偏心质量影响的主轴-刀柄系统有限元动力学模型。对该模型进行数值计算的结果表明,由于主轴-刀柄结合面及支承轴承处非线性接触力的存在,主轴-刀柄振动系统具有非常复杂的周期运动、倍周期运动和混沌运动,倍周期分岔是主轴-刀柄系统通向混沌的主要道路。系统在某些偏心量下经历几次倍周期分岔最终会产生混沌运动,应在实际设计过程中尽量避开该参数区域。     

基于参数共振微扰法的直流电机混沌运动控制

针对直流电机在某些参数和控制方式下会出现混沌与分岔运动,导致电机系统的损耗增加和运行的无规现象,通过建立精确状态方程模型和离散迭代非线性映射,对永磁同步电机（PMSM）的混沌现象进行了分析,并且采用参数共振微扰法对其进行了控制;选择了一个对直流电机系统影响较大、且易于改变的参数转速,再加入一个微小的正弦扰动信号,实现了系统的混沌控制。理论分析和数值仿真结果表明：建立精确状态方程模型和离散迭代非线性映射这两种方法下分析的电机系统在混沌状态下的分叉情况基本一致,且通过对电机中参数转速以特定的频率进行扰动,可以将系统稳定在某一周期轨道上;同时适当的参数扰动能减弱甚至消除系统中的混沌运动。     

600 MW汽轮发电机组转子-轴承系统的动力学研究

应用非线性动力学理论,对含摩擦的600 MW汽轮发电机组转子-轴承系统模型进行了综合的分析和研究。通过对积分得到的Poincaré映射图、相图以及轴心轨迹图的分析,发现发电机组转子在不同工作状态下,具有周期、拟周期、混沌运动交替出现的现象;和其它一些系统一样,也具有通向混沌的倍周期道路、拟周期道路和阵发性混沌道路;在不同的混沌区域内,吸引子表现为不同的形状。揭示了转子偏心距对系统复杂运动的影响和其它参数的变化使系统运动进一步复杂化等现象。