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。     

飞轮储能系统转子动力学分析

文中对储能飞轮转子支撑系统的转子动力学问题进行了研究,推导出各部件的动能、势能和耗散函数,基于拉格朗日方法建立飞轮转子支撑系统的动力学数学模型,并进行求解。采用ANSYS软件对其进行临界转速及不平衡响应求解,并分析磁轴承刚度和阻尼对飞轮转子动态特性的影响。结果表明:系统临界转速均在工作转速范围之内,磁轴承刚度和阻尼的增加有利于系统的稳定,且系统在启动过程中受到不平衡激励时状态趋于稳定。     

故障柔性转子系统的动态特性分析

针对某装甲车辆动力传动系统的主轴在行驶过程中极易出现故障的问题,以机械故障综合模拟实验台为研究对象,建立了其正常转子、裂纹转子以及弯曲转子的三维实体模型,运用ANSYS、ADAMS动力学仿真软件对转子系统进行了动力学仿真,得到了正常转子在刚体和柔性体状态下的位移响应曲线和碰撞力响应曲线,在此基础上,对裂纹转子和弯曲转子在柔性体状态下进行了仿真,得到了相应故障状态下的时频响应曲线,直观地揭示了柔性转子系统的动态特性,仿真和实验结果表明,在柔性转子系统中,转子中心振动位移变大,系统碰撞力降低;转子发生裂纹或弯曲故障时,振动强度会增大,这为后续装甲车辆传动系统主轴故障诊断提供一定的理论指导。     

双转子-支承-机匣耦合系统碰摩振动响应分析及试验验证

以某型航空发动机双转子试验器为研究对象,采用Newmark-β数值积分方法求解系统的动力学响应,在考虑高低压转子中介轴承的耦合和机匣的弹性变形及其运动的基础上,建立了碰摩故障双转子-支承-机匣耦合系统动力学模型,理论分析了转速、转子偏心量和碰摩刚度对转子系统动力学特性的影响并进行了相关试验。研究结果表明：发生碰摩故障时,转子和机匣测点频谱分析图中会出现转子的倍频和组合频率,可将其作为判断系统发生局部碰摩的特征信号;随着转子偏心量和碰摩刚度的增大,碰摩幅值响应愈加明显,碰摩程度亦愈加严重;机匣测点振动量值存在衰减,后续理论建模过程中应考虑传递过程的衰减。本研究结论可为碰摩故障机理的探究和碰摩故障的诊断提供参考。     

双转子系统临界转速及其瞬态启动研究

转子-轴承-基础系统有限单元法建模可以考虑陀螺力矩、横向剪切变形、内部粘性阻尼和滞后阻尼等影响,便于耦合多个转子子系统,在工程转子动力学分析中应用广泛。根据有限元单法建立转子轴承系统的动力学模型,详细推导内外转子耦合过程,得出双转子系统的运动微分方程,并且编程对数值计算。通过固有频率分析,研究双转子结构不同转速比和正反转情况下的临界转速,演示内外转子间的中介轴承刚度对系统振动特性的影响;应用有限元模型结合Newmark法,对系统启动过程进行仿真,预测启动过程中的振幅变化和轴心轨迹。     

高速转子-轴承系统的复杂动力学行为研究

在高速旋转机械的故障诊断研究中,实际转子系统具有复杂的非线性动力学特性,为此,基于非线性转子动力学理论建立高速泵转子系统动力学有限元模型,研究了非线性油膜力作用下的轴承阻尼扣刚度确定方法,分析了陀螺力矩和滑动轴承油膜力作用等因素对转子系统动力学特性的影响,研究了转速、偏心距和轴段直径等因素对转子系统不平衡响应的影响,为工程实际应用中的转子轴承系统的优化设计、故障诊断、振动控制等提供了理论依据.     

旋转轴弯扭振动测量的激光多普勒光学系统误差分析

在高速旋转机械的故障诊断研究中,实际转子系统具有复杂的非线性动力学特性,为此,基于非线性转子动力学理论建立高速泵转子系统动力学有限元模型,研究了非线性油膜力作用下的轴承阻尼和刚度确定方法,分析了陀螺力矩和滑动轴承油膜力作用等因素对转子系统动力学特性的影响,研究了转速、偏心距和轴段直径等因素对转子系统不平衡响应的影响,为工程实际应用中的转子轴承系统的优化设计、故障诊断、振动控制等提供了理论依据.     

基于精细积分法的轴承-拉杆转子系统非线性动力学分析

针对轴承-转子系统非线性动力学响应的求解问题,基于改进的精细积分法研究了拉杆转子系统的非线性动力学行为。将改进的精细积分法与Wilson-θ法、Newmark法进行比较,结果证明改进的精细积分法的计算结果比Wilson-θ法、Newmark法更接近精确解,求解了拉杆转子系统的非线性动力学响应,并且考虑了拉杆转子圆盘的摆动对转子动力学行为的影响,研究了计算步长对转子系统的非线性动力学行为的影响,结果表明:在非周期运动阶段步长对转子的动力学行为影响较大,在周期运动阶段步长对转子的动力学行为也有一定的影响。     

组合支承转子系统动力学的研究进展

转子系统是旋转机械的核心部件,在航空发动机、燃气轮机、压缩机和数控机床等众多机械装备中都有广泛应用.转子系统一般由旋转部件和支承部件构成,其中组合支承是转子系统中重要的承力部件.转子系统中的几何非线性、转定子碰摩、连接非线性等非线性因素与支承自身的非线性因素耦合产生的内部激励,使得转子系统动力学行为复杂,发生混沌现象.首先阐述了组合支承转子动力学的研究背景和意义,回顾了应用在航空发动机中组合支承转子系统的支承方案及其应用情况,系统的介绍了五种组合支承转子系统模型,现有的建模方法、应用在组合支承转子系统高维非线性动力学中的降维方法、非线性动力学微分方程的求解方法、组合支承非线性问题的机理研究以及对转子系统振动特性的影响,最后提出了在组合支承转子系统研究中值得关注的问题.     

轴承-转子系统动力学

介绍了在流体润滑理论和转子动力学基础上发展起来的一门新兴交叉学科－轴承－转子系统动力学的发展历史,所包含的研究内容以及在现代高速旋转机械中开展轴承－转子系统动力学设计的重要性。     

弹性转子—轴承系统的非线性动力学研究

以转子动力学和非线性动力学理论为基础,针对非线性转子－轴承系统的具体特点,建立了采用短轴承模型的弹性转子－轴承系统模型,并用数值积分和庞加莱映射方法对其在某些参数域中进行了非线性振动研究,得到了系统在某些参数域中的分叉图,庞加莱映射和随转速变化的3维谱图,计算结果显示,系统有可能发生混沌运动。对系统动力学特性随革些参数变化时的非线性特性进行了分析,直观显示了参数变化对系统动力学特性的影响,为该类转子－轴承系统的设计提供了参考。     

非线性共振及其计算和应用

通过总结非线性动力学系统现有部分成果,给出了非线性共振的含义及其计算方法。结合课题组在航空发动机转子系统非线性动力学研究领域的部分研究成果,以滚动轴承转子系统的VC共振、Duffing系统的亚谐共振、含裂纹、碰摩等故障转子系统的共振以及双转子系统的组合共振为算例,给出了具体工程问题的分析过程,并提出了非线性振动系统工作频率和工作点的优化选择方法,为非线性动力学系统,尤其是复杂非线性转子系统结构参数的优化设计和故障诊断提供了具体路径。     

发动机对转双转子系统碰摩非线性响应分析

建立了发动机对转双转子系统的动力学模型。对模型进行了离散处理,推导了其有限元动力学方程。研究了外转子发生突加不平衡故障后引起的转子动静碰摩对于对转转子响应的影响。采用Wilson-θ等方法对有限元动力学方程进行了求解,得到了对转双转子系统在突加不平衡时,系统动力学响应的变化;以及随后发生转子机匣碰摩故障时的非线性及混沌响应。分析了对转双转子系统的分岔与混沌运动,发现了一种新的通过环面交叉进入混沌的方式。     

多盘转子系统热启动过程中瞬态响应分析

为了揭示复杂转子系统在热启动过程中的动力特性,采用Riccati传递矩阵和Wilson-θ法相结合的方法,建立了多盘转子的动力学方程,以及热启动过程中的瞬态传递矩阵表达式。模拟计算了热启动过程中转子径向温差、线膨胀系数等参数对转子系统振动特性的影响。计算结果表明,随着转子系统径向温差的增大,其固有频率逐渐降低,特别对一阶、二阶固有频率具有较大的影响;径向温差、线膨胀系数越大,转子系统热启动过程中的瞬态响应幅值越大。因此,在对转子系统的振动研究中,不应当忽略温度的影响。     

质量慢变转子-滚动轴承系统的支承松动故障分析

根据转子动力学、非线性动力学及Hertz理论,建立了带有一端支座松动故障的滚动轴承—质量慢变转子系统的非线性动力学模型。通过数值积分和Poincare映射方法对其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子转动频率变化的分岔图和一些典型的轴心轨迹图及Poincare截面图,分析了转动频率对转子系统动力学行为的影响。结论表明,转子系统在滚动轴承、支承松动和质量慢变的同时作用下具有复杂的动力学行为,转子系统的起始松动频率为0.6倍的固有频率,转子的周期运动均为多周期运动,转子圆盘和松动质量的运动特性均不稳定等。     

轴承预紧力作用下电主轴系统动力学特性研究

考虑轴承预紧力这一非线性因素对轴承支承动态刚度的影响,建立了磨削电主轴系统动力学模型。在转子系统中考虑由于转子质量偏心而产生的不平衡力,采用数值积分方法研究电主轴转子系统在轴承不同预紧力、不同转速下系统的非线性动力学行为。结果表明:轴承预紧力是影响电主轴转子系统非线性动力学特性的一个重要因素,合理的选择转子系统的工作参数,可提高系统的稳定性。     

磁力轴承-转子-基础系统的耦合动力学分析

研究了基础运动对磁力轴承转子系统动力学特性的影响,结合转子运动方程和系统控制器的电学微分方程,分析了陀螺效应、传感器与磁轴承非共点安装对系统动力学性能的影响,建立了磁悬浮轴承-转子-基础系统的机电耦合动力学模型,应用所建模型对5自由度磁悬浮转子系统进行了动力学性能分析。结果表明,基础的支承刚度对转子的摆动频率及临界转速影响显著,该模型适用于5自由度磁悬浮轴承-转子-基础系统的动力学性能研究。     

高速涡轮泵转子系统动力学集成建模及应用

针对高速涡轮泵转子系统多摩擦学元件耦合的特点,建立了计入密封装置、推力轴承、轴向平衡装置等多摩擦学元件耦合时复杂转子系统的集成动力学模型。对某液氢高速涡轮泵转子动力学性能的数值仿真研究结果表明:计入端面密封、推力轴承及平衡盘等的力矩刚度影响,系统1阶临界转速提高25%,失稳转速提高50%,为高速涡轮泵转子系统的稳定性提高措施的选择和论证提供了新思路。为进一步提高转子系统的稳定性,在轴承中引入了超导可倾瓦块,并对引入该附件后转子系统动力学集成建模方法进行了初步探讨。     

时滞磁悬浮转子系统的动力学特性研究

磁悬浮轴承作为典型的机电一体化产品不可避免地存在一定的时滞,这对系统的稳定性和动态性能有很大影响,导致系统表现出复杂的动力学特性,甚至会出现失稳,因此有必要研究时滞影响下磁悬浮转子系统的动力学特性。建立四自由度磁悬浮转子系统的时滞动力学模型,基于MATLAB进行了数值仿真和相应的试验研究。通过Poincare映射、时域分析等方式分析时滞对转子系统的影响及其所表现出的非线性运动行为。研究结果表明：时滞量的增加将会导致转子位移信号的振幅增大,表现形式趋于复杂,诱发转子系统发生混沌运动,并使转子系统在混沌运动中走向失稳。     

柔性转子振动主动控制研究现状

对柔性转子系统动力学研究进行了回顾,综述了柔性转子主动振动闭环控制系统中作动器、控制器控制律设计研究的现状与进展,对柔性转子主动振动控制技术的发展趋势进行了展望。