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.     

基于接触分析的转定子系统整周碰摩故障模拟

以一个单跨双盘柔性转子系统为研究对象,建立转子系统的有限元模型,基于接触动力学理论,将转子和定子简化为一个点-点接触单元,通过转定子间的圆形间隙变化来模拟转定子的分离及整周接触,并通过碰摩力耦合转定子模型,采用增广的拉格朗日方法处理接触约束条件,用库仑摩擦模型模拟转定子之间摩擦,考虑不同转速、转定子间隙、转定子法向接触刚度、阻尼和摩擦系数对转子系统动力学特性的影响。研究结果表明：转速和转定子法向接触刚度对系统响应影响最大,转定子法向接触阻尼和摩擦系数次之,转定子间隙影响最小。     

Alford力和磁悬浮轴承对转子系统动力学特性的影响

以磁悬浮轴承支承的航空发动机高压模拟转子为对象,研究了在压气机叶尖气流激振力和磁悬浮轴承电磁力共同作用下的转子系统动力学特性。采用Timoshenko梁理论建立了模拟转子的有限元模型,在模型中引入由PID方法控制的差动磁悬浮轴承电磁力以及由Alford力表示的压气机叶尖气流激振力,利用Newmark-β法求解了转子系统的动力学响应。计算结果表明,在非线性Alford力和磁轴承电磁力共同作用下,转子系统表现出了较复杂的动力学特征;磁悬浮轴承的控制参数对转子系统特性有较大影响,不同取值可能导致转子出现单周期、多周期拟周期甚至失稳等不同动力学行为;因此,对由磁悬浮轴承支承并含轴流压气机的转子,需考虑叶尖气流激振力与电磁轴承力的相互影响进而确定轴承控制参数。     

流体微振动隔振器的热振耦合特性研究

隔振是一种航天器振动控制的重要方法,隔振器动力学特性的理论研究是隔振设计的重要基础。针对一种航天新型黏性流体微振动隔振器,基于非牛顿流体物理属性、隔振器宏观传热特性、运载火箭-卫星轴向振动特性,提出了发射段的隔振器及运载火箭-卫星-隔振器系统的非线性热-振耦合模型;通过自行设计基础激励试验测试平台,对不同环境温度下的流体阻尼系数和体积刚度系数进行测试,并将试验得到的阻尼、刚度数据输入隔振模型中进行仿真分析。研究结果表明,隔振系统具有时变性和非线性,流体黏性热导致共振频率漂移、共振幅值变化,隔振器性能与激励幅值、激励频率相关,需要采用新的"共振带"和"隔振带"的概念进行设计;理论模型和研究方法可为隔振器热振耦合特性评估、优化设计及工程应用提供理论依据和参考。     

负载激励下采煤机永磁电机转子系统弯扭耦合振动分析

为分析不同负载激励对电机转子-轴承系统弯扭耦合振动特性的影响,以采煤机永磁电机转子系统为例建立电磁激励下的电机转子-轴承系统,并将负载激励考虑到偏心转子模型中。利用Lagrange方程推导了负载激励条件下转子系统的弯扭耦合动力学方程并基于Runge-Kutta法进行数值仿真,重点分析了不同负载激励下电机转子系统的弯扭耦合振动特性。仿真结果表明,负载激励会加剧转子偏心程度,但对转子弯曲振动的频率响应影响较小,振动响应主要由转频分量决定;而负载扰动对转子系统扭转振动响应具有不同的效果,不仅在扭振响应中激发出相应的频率成分形成多周期运动,还会明显增加扭振角幅值(0.001 rad),振动响应主要由扰动频率和二倍转频分量决定。此外,负载激励中的低频成分将激发出较大的扭转振动响应(0.03 rad),加速传动系统的疲劳损坏,影响转子系统的安全稳定运行。研究结果可为采煤机转子系统主动减振策略研究提供参考。     

球轴承刚度对涡轮增压器瞬态响应的影响

在载荷的作用下,角接触球轴承的接触角会产生变化,从而影响轴承支撑刚度。针对某型号车用混合陶瓷球轴承涡轮增压器,建立考虑密封结构及叶顶间隙气流激振的涡轮增压器混合陶瓷球轴承-转子系统动力学模型,在加速和减速两种工作状态下,分析考虑轴承载荷作用时转子系统的瞬态响应规律。结果表明:轴承载荷作用使轴承支撑刚度减小时,压气机质心振幅变化小且有增有减,涡轮质心振幅均增加。在涡轮增压器混合陶瓷球轴承-转子系统设计参数许可范围内,轴承载荷变化使接触角变化、轴承刚度变化,导致涡轮增压器瞬态响应振幅的变化较小。     

间隙对齿轮-转子-轴承系统弯扭耦合振动的影响分析

综合了动态侧隙、齿面摩擦、齿轮偏心及时变啮合刚度等因素,建立了齿轮-转子-滚动轴承系统的弯扭耦合非线性动力学模型,通过分析动态侧隙及轴承间隙对系统的影响来探究轴承端与齿轮端振动之间的耦合作用关系。结果表明:相对于无间隙系统,动态侧隙下轴承端的径向振动在高速区较为强烈,而齿轮的扭转振动在整个转速区幅度较大,随转速变化时系统提前通过非线性跳跃进入主共振区。动态侧隙的改变对轴承端的振动影响不大,但对扭振作用明显;轴承间隙的大小对系统径向和扭转振动有着显著影响,随着轴承间隙的变化,两者的时域特征及频谱存在着规律性的变化;另外,轴承间隙直接影响着动态侧隙的大小。分析结果对含间隙齿轮转子系统的研究具有重要的理论与工程价值。     

响应面在磁悬浮轴承转子模型修正中的应用

精确的磁悬浮轴承转子有限元模型对转子动态特性的研究及控制器的设计有着重要的作用。对于磁悬浮轴承转子的硅钢片圈、传感器基准环和光轴的过盈配合,有限元模型采用简化处理,使得转子弯曲刚度产生误差。为了获得精确的磁悬浮轴承转子有限元模型,需要利用响应面代理模型对有限元模型进行修正。以一个磁悬浮轴承转子为例,以模态频率和振型相关系数(MAC)为目标建立响应面,对转子的有限元模型进行修正。建立的响应面精度很高,修正后的有限元模型分析的模态频率、振型向量和试验值基本一致。结果表明,应用基于响应面的磁悬浮轴承转子模型修正方法修正过的有限元模型更加精确。     

弹性机匣-滚动轴承双盘碰摩转子系统动力学特性

提出考虑机匣弹性、轴承非线性回转动力激励、机匣与定子间弹性联接和陀螺效应的非对称悬臂双盘转子系统(简称为弹性转子系统)力学模型,利用数值积分方法分析系统在不平衡、轴承回转非线性动力激励和碰摩耦合故障下系统的分叉与混沌行为及幅频特性,分析结果表明:转子偏心矩、阻尼和转子中心与机匣中心之间的间隙对系统碰摩响应的演化规律均有较大的影响,一般情况下系统通向混沌的道路主要是周期3倍分叉,机匣弹性主要影响高阶临界转速,而轴承回转非线性动力激励主要影响低阶临界转速.     

基于频响函数综合的推进轴系动力学建模与支撑结构参数优化分析

针对船舶推进轴系提出了一种基于频响函数综合的子结构方法,考虑了轴承液膜交叉刚度的影响、螺旋桨和推进电机同时激励的工况,分析了在螺旋桨和推进电机激励下的振动响应特性。该方法将耦合系统划分为螺旋桨-轴系、轴承、高弹、推进电机、隔振器和船体子结构,通过二次频响函数综合建立了耦合系统的频响函数表达式;利用该建模方法和灵敏度分析建立了以均方传递力、传递功率流为优化目标的优化模型,针对轴承、隔振器和高弹的刚度参数进行优化。结果表明:基于频响函数综合的子结构建模和优化方法效率高,适合于对支撑结构刚度参数进行优化;对一模型的匹配优化结果表明,轴承和隔振器刚度减小、高弹性联轴器的刚度增加对减小振动传递有利。     

基于不平衡响应的磁悬浮轴承刚度阻尼辨识方法研究

磁悬浮轴承的支承特性对转子轴承系统的临界转速、不平衡响应、稳定性有着非常重要的影响。研究一种基于不平衡响应辨识磁悬浮轴承刚度和阻尼的方法。首先使用MSC.Patran建立磁悬浮轴承转子有限元模型;使用Matlab软件实现基于不平衡响应辨识磁悬浮轴承刚度阻尼的基本原理;然后用有限元模型进行仿真辨识来验证该方法的可行性;并对一个五自由度的磁悬浮轴承试验台进行基于不平衡响应的磁悬浮轴承刚度阻尼的辨识试验研究。最后,为了检验辨识结果的正确性,赋予转子有限元模型试验辨识的磁悬浮轴承的刚度和阻尼,进行仿真与试验的系统不平衡响应对比,结果两者基本一致,表明该方法可以有效地辨识磁悬浮轴承的刚度和阻尼。     

转子-滚动轴承-机匣耦合系统中滚动轴承故障的动力学分析

针对实际的航空发动机转子系统,建立了含滚动轴承故障的转子-滚动轴承-机匣耦合模型.在模型中,考虑了机匣运动,弹性支承与挤压油膜阻尼的作用,同时,充分考虑了轴承间隙、滚珠与滚道的非线性赫兹接触力以及由滚动轴承支撵刚度变化而产生的变柔性(Varying Cbmpliance)VC振动.在此基础上,建立了耦合系统中滚动轴承外圈、内圈及滚动体的损伤动力学模型,并运用数值积分方法进行了动力学仿真与分析.结果充分表明了本文提出的转子-滚动轴承-机匣耦合系统及滚动轴承故障动力学模型的正确有效性.     

磁悬浮流体机械喘振控制研究

针对磁悬浮流体机械喘振问题,依据流体机械系统喘振状态时质量流量和压升的波动,采用基于质量流量的喘振控制策略。具体来说,利用喘振控制器求出叶轮轴向调节间隙值,并作为悬浮位置参考信号输入至轴向磁悬浮轴承闭环控制系统中,从而在轴向磁悬浮轴承系统作动下改变磁悬浮流体机械转子轴向位置,即改变叶轮叶尖间隙,以实现喘振的主动控制。仿真结果表明,当施加喘振控制时,可以扩展流体机械的稳定运行范围,由未控制下的15.5%节流阀开度扩展至喘振控制下的14%。通过模拟激振的方式辨识了喘振频率,并研究了PID控制器中控制参数对喘振控制性能的影响规律。     

磁悬浮轴承转子热弯曲振动特性研究

为了研究磁悬浮轴承-转子系统中由于轴颈铁损集中而出现的热弯曲振动现象,根据磁悬浮轴承的工作原理,总结出热弯曲振动的变化规律,并利用Bertotti铁损分离模型得到转子轴颈处的铁损耗,以铁损耗作为热源,结合磁悬浮轴承的支承特性,建立转子热-结构耦合振动方程,求解得到热弯曲振动响应.同时,为了研究转子工作时热弯曲振动的变化...     

新型密封偏心自适应调节方法与减振实验研究

针对转子偏心引起的密封流体激振问题,设计了一种新型偏心自适应调节密封结构。该结构可自适应地减小转子偏心量,抑制密封流体激振。对其抑振机理进行探究,得出当偏心自调结构的固有频率和转子密封系统的激励频率一致时,其抑振效果最好;随着两者差值增大,其抑振效果变弱。以水作为密封介质,测量了不同弹簧刚度下偏心自调结构的固有频率,并改变转子转频,对其抑振规律进行实验研究。结果表明该结构固有频率随弹簧刚度增大而增大,但与激励频率差别较大,振动降幅只在10%~20%。将偏心自调结构浸于水,测量其固有频率,对其抑振规律进行实验研究。结果表明浸在水中时该结构固有频率值依然随弹簧刚度增大而增大,但比在空气中时减小了约40%,更加接近激励频率,抑制效果显著,振动降幅最大可达41.27%。     

基于超弹性、分数导数和摩擦模型的碳黑填充橡胶隔振器动态建模

碳黑填充橡胶隔振器（以下简称＂橡胶隔振器＂）的动态特性与预载、激振频率和激振振幅相关。实验测试了一橡胶隔振器的动态特性,建立了基于超弹性、分数导数和摩擦模型的橡胶隔振器动态特性的非线性模型,其中超弹性模型用于描述橡胶隔振器的弹性,分数导数模型用于表征橡胶隔振器动态特性的激振频率相关性,摩擦模型用于表征橡胶隔振器动态特性与激振振幅相关的特性,文中论述了建模方法和参数辨识方法。有限元分析获得橡胶隔振器的静态力-位移曲线,利用测试得到的橡胶隔振器在大振幅、低频激励下的力-位移关系,拟合得到橡胶隔振器动态模型中摩擦模型的参数,利用测试得到的橡胶隔振器在小振幅、高频激励下的力-位移关系,拟合得到橡胶隔振器动态模型中分数导数模型的参数。利用建立的模型和拟合得到的参数计算分析了橡胶隔振器动态特性的振幅相关性、频率相关性和预载相关性,并与实验结果进行了对比分析。分析结果表明,建立的模型可以较好的描述橡胶隔振器的动态特性。     

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。     

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.     

气流激振对球轴承涡轮增压器转子动力学特性的影响

车用球轴承涡轮增压器气流激振力包括密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力。针对某型号车用球轴承涡轮增压器,分别应用Black模型和Alford模型,计算得到密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力。将计算结果代入模型进行仿真计算,得到密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力对增压器转子系统临界转速、稳定性、不平衡响应的影响规律。分别与临界转速实验结果、与未添加叶顶间隙气流激振力模型计算结果、未添加密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力的计算结果进行对比分析,结果表明:密封流体激振力增加系统阻尼,降低球轴承涡轮增压器转子系统的振幅,提升系统的稳定性;气流激振增加系统交叉刚度,降低系统稳态响应振幅。     

油膜支承转子碰摩动力学行为研究

针对多油叶轴承支承的转定子碰摩系统,建立了当轴承与定子几何不对中时,油膜力和碰摩力联合作用下的转子系统动力学模型,给出了该模型的数学求解方法,并针对具体的转子-轴承系统模型进行了数值仿真.仿真结果表明,转子在油膜力和碰摩力联合作用下,会发生复杂的动力学行为.仿真结果可有助于更好地掌握转子碰摩故障现象,对于转子碰摩故障的诊断具有指导意义.