转子-轴承系统裂纹-碰摩耦合故障的非线性特性研究

研究了带有裂纹和碰摩耦合故障的弹性转子系统的复杂运动。在同时考虑轴承油膜力和碰摩发生时转静件间的相对速度对非线性摩擦力的影响基础上,构造了含有裂纹-碰摩耦合故障转子系统的动力学模型。针对短轴承油膜力和裂纹-碰摩转子系统的强非线性特点,本文用Runge-Kutta法对转子-轴承系统由裂纹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。     

转子-滑动轴承系统松动-碰摩耦合故障分析

针对转子-滑动轴承系统发生松动故障进而引发松动-碰摩耦合故障的诊断问题,基于非线性有限元方法 ,应用非线性短轴承油膜力模型、松动刚度模型及Hertz接触理论建立双盘松动-碰摩耦合故障转子-滑动轴承系统的动力学模型。首先,研究并分析了滑动轴承(油膜力)支撑下的健康转子系统的动力学特性;进而,通过对不同转速下耦合故障转子系统动力学特性的研究发现,滑动轴承支撑下的松动-碰摩耦合故障常常以碰摩故障特征为主,时域波形呈现下密上疏的波动形状,轴心轨迹表现为多个嵌套的"半椭圆形",这些故障特征可以作为诊断滑动轴承(油膜力)支撑下松动-碰摩耦合故障的一个理论依据。     

双圆盘立式悬臂转子-轴承系统碰摩-裂纹耦合故障分析

在考虑了非线性油膜力的基础上,建立了具有碰摩-裂纹耦合故障的双圆盘立式悬臂转子-轴承系统的动力学模型,在此基础上用数值仿真方法研究了该模型在四种不同工况下的动力学行为,即无故障、单一碰摩故障、单一裂纹故障、碰摩-裂纹耦合故障,通过对该转子-轴承系统在不同工况下位移响应随旋转角速度变化的分叉图分析,发现在各种不同工况下该转子轴承系统响应表现出不同的特点,并给出了一些典型的Poincare截面图、轴心轨迹图和幅值谱图,分析了该转子系统在不同角转速下的运动状态.该研究结果为转子-轴承系统特别是立式悬臂转子-轴承系统的故障诊断提供了理论参考.     

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.     

双跨转子-轴承系统裂纹-碰摩故障的非线性响应研究

分析了带有裂纹-碰摩故障的具有三轴承支承的双跨弹性转子系统的复杂非线性运动。在同时考虑轴承油膜力和碰摩发生时转静件间的相对速度对非线性摩擦力的影响基础上,构造了双跨裂纹-碰摩弹性转子-轴承系统动力学模型,并对系统裂纹、碰摩及其耦合故障对系统非线性动力学响应的影响进行了数值仿真研究。单一裂纹故障时系统响应在超临界转速区有短暂的混沌运动;单一碰摩故障时系统响应在亚临界转速区有拟周期运动出现;裂纹-碰摩耦合故障时在超临界转速区有较大范围的周期4运动区间,小裂纹对系统非线性特性的影响不明显。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一定的理论依据和参考。     

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.     

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。     

不平衡-碰摩-松动耦合故障的转子动力学建模与盲分离研究

建立了不平衡-碰摩-基础松动耦合故障的转子动力学模型。在模型中,轴承简化为线性弹簧,转子考虑为两端无约束的等截面自由欧拉梁,同时,建立了不平衡、碰摩和松动耦合转子动力学运动方程,运用模态截断法,利用数值积分方法获取转子系统的振动响应。显然,系统响应是多个耦合故障信号的混合,因此借助盲源分离方法进行了转子系统耦合故障信号分离研究,并运用ZT-3型多功能转子试验台进行了实验验证,仿真和实验结果表明了所建立故障动力学模型的正确性以及利用盲分离方法实施耦合故障分离的有效性     

故障旋转机械非线性动力学近期研究综述

重点介绍"故障旋转机械非线性动力学的理论与实验"的若干研究结果.说明了研究故障旋转机械动力学的意义,讨论了有单一故障(裂纹、碰摩、松动和油膜震荡等)或耦合故障(裂纹和碰摩、裂纹和松动、碰摩和松动等)的转子系统非线性动力学的某些特性、转子系统故障发生与发展的慢变与突变过程及其特点、故障转子系统的可靠性分析若干理论问题,以及抑制转子系统振动的若干措施与方法等.     

旋转机械系统碰摩故障的失效灵敏度研究

针对仅考虑质量偏心的Jeffcott转子碰摩故障的动力学方程,进行了旋转机械系统的碰摩失效灵敏度分析,应用Kronecker代数,矩阵微分理论,四阶矩技术,矩阵摄动理论,概率统计方法,可靠性理论和灵敏度技术系统地发展了转子系统碰摩的可靠性灵敏度分析方法,研究了转轴刚度和阻尼、偏心距和定子的刚度对可靠度和可靠性灵敏度的影响,并给出了数值分析解。     

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。     

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。     

非对称转子-轴承系统碰摩的动力学特性分析

建立了受非线性油膜力作用的非对称转子-轴承碰摩模型，考虑刚度的各向异性，运用数值方法研究了轴两个主方向上的刚度比rk发生变化时，系统的分叉特性，发现系统发生碰摩时倍周期运动-混沌运动-倍周期运动的运动路径和反向涡动现象。针对数值结果使用分叉图、Poincare映射图和轴心轨迹图等方法研究其非线性特性，分析了碰摩对受非线性油膜力作用的非对称转子一轴承系统的影响。     

基于混合模型的转子临界转速计算

采用集总参数和分布质量混合建模的方法,建立了转子-支承系统的力学模型,应用改进的Riccati传递矩阵法,综合考虑陀螺力矩、支承刚度、剪切变形等因素的影响,推导出了混合模型传递矩阵表达式,并在VB平台上编制了界面友好、操作简单、拓展性强的通用的转子临界转速计算程序。通过算例对程序的验证计算结果表明,混合建模方法计算结果精度高,算法正确,程序运行可靠。     

高速压力机转子-轴承系统的动力学研究

以有限元方法为基础,建立了曲柄压力机的转子-轴承系统的运动方程,通过计算压力机的曲柄连杆之间的作用力,获得主轴转子的径向载荷,并集成建立转子-轴承系统的振动模型;采用Newmark方法进行求解,进行模拟仿真,分析转子-轴承系统的振动响应;对主轴转子的振动特性进行实验研究,验证了转子-轴承系统的振动模型及其模拟仿真,进而为压力机转子-轴承系统的设计提供了数值分析及实验研究依据。     

微分对接条件对次谐共振影响的研究

根据模态综合法并借助二阶非完整约束系统的Routh型方程,建立了考虑全部代数和微分对接条件下,非线性转子—支承系统的运动微分方程。然后采用一种新的等效线性化技术,求解系统的次谐共振,大大简化了分析过程并提高了计算效率。通过对对接条件之作用的定量研究,结果表明:微分对接条件对次谐共振影响较大,而由不独立的微分对接条件转化得来的代数对接条件,对次谐共振影响很小;考虑微分对接条件,能明显提高方法的收敛速度。因此,应当考虑微分对接条件,尽管这会增加推导工作量和综合后矩阵的阶数,但并不影响计算效率。     

Bearing dynamic parameters identification of a flexible rotor-bearing system based on transfer matrix method

Bearing dynamic parameters are important factors governing the vibration characteristics of rotating machinery; however, they are difficult to determine due to limited experimentation, and inaccurate in modelling. In this paper, a parameter identification method is presented to identify the bearing dynamic parameters of a flexible rotor-bearing system. In this method, the parameter identification problem is formulated as an inverse problem. The bearing dynamic parameters have been characterized through minimizing the error squared of the rotor-bearing system unbalance response between the experiment results and the computational ones. The intergeneration projection genetic algorithm is used to minimize the error squared. As an efficient method for analysing the dynamic behaviour of a rotor-bearing system, an improved transfer matrix method has been employed to calculate the unbalance response. This approach has been applied to identify the bearing dynamic parameters of a test rig supported by two anisotropic bearings, according to the unbalance response experimental data. Results indicated that this method could identify the bearing dynamic parameters. It is also robust to the noise effects.     

轴承支撑特性对轴系稳定性影响

对滑动轴承型式试验台转子-轴承系统进行建模仿真计算,改变所采用的滑动轴承型式,研究主要常用滑动轴承对转子―轴承系统稳定性的影响。针对同一种轴承形式,研究不同轴承参数下转子-轴承系统的对数衰减率,以此为判据分析轴系稳定性,通过对比分析,给出主要轴承参数对轴系稳定性的随主要轴承参数的变化规律。