初始静偏心与重力载荷对动车牵引电机转子轴心轨迹的影响

针对重力载荷下具有初始静偏心的动车牵引电机转子振动特性,首先利用磁势乘磁导法和Maxwell应力张量法给出了具有静动气隙偏心故障和任意磁极对数的电机空载/负载运行下的不平衡磁拉力统一解析表达式,然后采用Jeffcott模型建立了不平衡磁拉力、机械不平衡力和重力共同作用下的某型动车牵引电机转子系统动力学方程,并采用Runge-Kutta算法求解系统动力学响应,最后重点讨论了初始静偏心和重力载荷对牵引电机转子轴心轨迹和位移频谱的影响规律。结果表明:①重力载荷对电机转子系统的影响等价于在重力方向上施加一个恒定静偏心量,其与初始静偏心的矢量叠加组成气隙的综合静偏心量;②综合静偏心量的大小和方向影响转子轴心轨迹的位置和方向,偏心量越大转子轴心轨迹的偏移距离也越大且偏移方向沿静偏心方向;③静偏心量的增大使该型牵引电机转子轴心轨迹略微增大,可以认为基本不变,同时,静偏心量增大也使转子位移频谱成分更加显著和多样化。     

转子静偏心时异步电机径向力特性分析

针对异步电机转子静偏心时产生的径向力引起的电机振动和噪声问题,通过有限元软件,采用近似解析法和电磁场数值解相结合的方式,对异步电机的径向力的特性进行了分析.首先,通过麦克斯韦应力求解公式推导出了异步电机转子静偏心时主要径向力的阶次和频率分布;然后利用ANSYS有限元软件求解了异步电机转子静偏心时电机气隙磁场的分布情况,最后利用Matlab结合电机径向力计算公式得出了此时电机径向力的分布特性,结合时空傅里叶分解得到了电机转子静偏心时径向力频率、阶次和幅值的分布情况.研究结果表明,该理论算法与有限元算法相结合的计算方式对异步电机转子静偏心时径向电磁力的分布做出了较为准确的分析.     

基于多尺度法的电机转子在不平衡磁拉力作用下的自由振动特性分析

即使动平衡精度很高的电机转子,其质量偏心可忽略,但由于车用永磁同步电机工况复杂,换段过程、路面不平度、发动机激励等都可对转子系统形成径向扰动,转子将产生自由涡动,引起动态偏心,进而不平衡磁拉力对电机转子系统的自由涡动产生影响。根据转子系统的刚度特性讨论了动力学方程中非线性项系数以确定多尺度法的应用条件,利用该方法得到了不平衡磁拉力作用下转子系统自由振动的解析解并研究其振动特性。由于不平衡磁拉力的非线性使得转子正反自由涡动的复振幅是时变的,其大小保持常数不变而其相位随时间线性变化,其变化率取决于正反涡动的振幅,这将导致正反涡动的频率降低。若正反涡动振幅大小相等且非零则正反涡动频率相等,转子中心运动轨迹为直线;若正反涡动振幅有一个为零,则转子中心轨迹为圆;更一般的情况是正反涡动振幅大小不等且均不为零,两种涡动产生耦合其频率也不再相等,转子自由涡动的轨迹是一个旋转的近似椭圆其位移分量产生调幅现象。当转子涡动振幅不大时,利用多尺度法获得的解析解与数值计算结果吻合较好具有较高的精度。     

考虑时变侧隙与时变轴承刚度的含质量偏心齿轮系统动力学分析

为了探究齿侧间隙与轴承刚度的时变特性对含质量偏心齿轮系统动态特性的影响,结合其耦合后的动力学模型,并利用龙格库塔(Runge-Kuta)算法,求解了时变侧隙和时变轴承刚度;根据不同偏心距,对齿轮系统进行了动态响应分析。首先,根据几何关系建立了因轴承变形引起的时变齿侧间隙模型,利用赫兹接触理论推导了滚动轴承时变轴承刚度公式;然后,基于时变齿隙与时变轴承刚度,建立了含齿面摩擦与质量偏心的六自由度直齿轮系统动力学模型;最后,分析了在不同偏心距下齿隙与轴承刚度的时变特性对齿轮系统动态响应的影响。研究结果表明：考虑齿隙和轴承刚度的时变特性后,动态传递误差幅值相比恒定齿隙和轴承刚度所对应幅值分别提高了16.46%、2.02%;偏心距从0 mm增加到0.5 mm及1 mm时,其对应系统的最大边频幅值从0μm增加到0.19μm和0.33μm;质量偏心会影响系统动态响应,且随偏心距的增大,其由稳定的周期运动变为有波动性的周期运动,波动幅度与偏心距成正相关;同时,质量偏心会导致系统出现边频,边频幅值随偏心距的增大而增大;因此,应将偏心距控制在合理范围内,以防其过大而引起齿轮系统发生不稳定现象。     

电动机-弹性连杆机构系统参激振动的耦合研究

以三相交流电动机-弹性连杆机构系统为研究对象,基于电机转子普遍存在振动偏心这一情形,针对三相交流电机转子振动偏心时不均匀气隙的气隙磁场对系统的影响,利用有限单元法建立了系统的非线性耦合动态方程,采用多尺度法对系统的参激振动和强迫振动的耦合机理进行了研究,分析了该类系统发生参、强共振的条件。研究表明:电机转子振动偏心时不均匀气隙的气隙磁场和自激惯性力的联合作用,是导致该类系统出现参激振动和参、强共振的主要原因。     

水轮发电机转子非线性电磁振动的幅频特性

分析了非线性电磁力和机械不平衡力对水轮发电机转子动态特性的影响。采用解析方法得到了偏心转子的非线性电磁力,建立了动态偏心条件下转子的机电耦联动力学方程。采用复变函数将系统的动力学方程简化,利用谐波平衡法分析了系统的稳态解,得到了系统的幅频响应。结果表明,动态偏心条件下水轮发电机转子的电磁振动呈现非线性特征,幅频曲线在一定条件下将出现跳跃现象,系统呈现明显的软特性。     

转子三维偏心下气体箔片轴承的静、动态承载特性分析

为分析转子三维偏心下气体箔片轴承的静、动态承载特性,通过引入2个偏心角来描述转子三维偏心状态,并建立了三维偏心下气体箔片轴承的静、动态承载特性及轴承-转子系统动力学计算模型。以某气体箔片轴承为例,分析了其静、动态承载特性及转子动力学特性,结果表明：转子的三维偏心会导致气膜力分布在轴向上偏移;随转速增大,气膜的各向等效刚度、等效阻尼均不接近于0;随偏心角增大,气膜的各向等效刚度、等效阻尼近似呈指数增大;转子的运转从初始的三维偏心过渡至稳定时的二维偏心,最终在平衡位置处以低频、小振幅的振动形式稳定运转。     

弹性支承高速喷漆涡轮系统动态特性研究

将一类高速喷漆涡轮系统机架与转子间精密滚动球轴承用约束矩阵来描述,进而将涡轮系统考虑成柔性、耦合双弹性梁,运用模态综合法建立其动力学模型.考虑转子前后两端喷杯及底盘偏心,建立双面离心力作用下的转子子系统强迫力模型.据此,研究了耦合系统固有频率、主模态等动特性,分析了转子末端动态响应.     

两自由度可控连杆机构系统机电耦联动态方程及其响应

针对控制电动机转子偏心时不均匀气隙磁场,分析其实际运行状态的机电耦合关系,建立以电机横振、扭振为节点位移的伺服电机单元,应用有限单元法建立含电机电磁参数和弹性连杆机构结构参数的系统非线性机电耦合动力学模型.通过对算例的数值计算,得出系统弹性振动固有频率和弹性位移响应随时间的变化曲线.结果表明,电机对机构弹性位移的影响不可忽视.文中的工作为此类系统进行动态优化设计提供一定理论依据,也为研究此系统动态特性打下一定的基础.     

弹性支承高速喷漆涡轮系统动态特性研究

将一类高速喷漆涡轮系统机架与转子间精密滚动球轴承用约束矩阵来描述,进而将涡轮系统考虑成柔性,耦合双弹性梁,运用模态综合法建立其动力学模型。考虑转子前后两端喷杯及底盘偏心,建立双面离心力作用下的转子子系统强迫力模型。据此,研究了耦合系统固有频率,主模态等动特性,分析了转子末端动态响应。     

电动机-弹性连杆机构系统非线性振动分析

以三相交流电动机一弹性连杆机构系统为研究对象，考虑三相交流电机转子振动偏心时不均匀气隙的气隙磁场以及弹性构件的几何非线性，用有限单元法建立系统的耦合动态方程，并在此动态方程的基础上利用摄动法分析该系统在电磁力、自激惯性力及其他外力作用下的非线性振动特性，揭示该系统非线性振动特性与驱动电机电磁参数、机构的结构参数以及材料参数等之间的内在联系。本文工作对进一步深入研究机电系统的动态特性有较大意义。     

水轮发电机组横向振动特性分析

推导建立了水轮发电机组系统动力学方程.对运动微分方程进行数值积分,分析了发电机转子的质量偏心及水轮机转子的质量偏心对水轮发电机组系统横向振动特性的影响.数值分析结果表明,发电机转子、水轮机转子的横向振动及大轴在上、下导轴承和水导轴承处的横向振动,经过充分衰减后,轴心轨迹都是圆形,但它们的半径并不相同.随着发电机转子的质量偏心的不断增加,大轴在3个导轴承处的横向振动出现了明显分岔现象,振动为周期1及复杂的拟周期运动.大轴在3个导轴承处的横向振动,随着水轮机转子的质量偏心的不断增大,没有出现分岔现象.     

挤压油膜阻尼器非线性特性实验研究

针对挤压油膜阻尼器转子系统的动力学特点,实验研究了大不平衡量条件下转子的非线性振动特性;同时研究了转子变速过程角加速度、滑油温度以及阻尼器静偏心对转子非线性振动的影响。结果表明:大不平衡量条件下转子系统可能出现非线性振动跳跃;增大转子变速过程角加速度,降低油温,可抑制非线性振动跳跃;提高阻尼器内外环同心度,减小阻尼器静偏心,可提高阻尼器减振性能,同时抑制非线性振动跳跃;阻尼器设计时必须考虑重力影响,为转子设计预置偏心。     

非线性耦合同向回转的双偏心转子振动系统同步行为研究

随着振动系统逐渐朝着大型化、重型化的方向发展,大激振力振动系统是未来发展一个较热的趋势。基于这一特殊背景,提出了非线性(拉簧)耦合同向回转的双偏心转子振动系统及其同步问题。首先基于拉格朗日方程建立了系统动力学方程;随后采用运动分离法建立系统慢变参数的积分方程,推导出了系统实现同步的同步条件和稳定性准则;其次,通过数值分析研究了系统结构参数对系统同步能力及同步特性的影响;继而,采用龙格库塔法建立了非线性耦合同向回转的双偏心转子振动系统的机电耦合仿真模型,开展了系统的同步状态与系统机电耦合的动力特性的仿真分析;最后设计了相关试验装置,开展了同步试验测试。研究结果表明,系统的同步行为主要受拉簧和支撑弹簧的刚度系数、激振电机的位置参数等的影响;激振电机的相位差随着拉簧刚度系数的增加逐渐稳定在零度附近,相应地系统同步状态从反相同步逐渐变成同相同步,理论研究和试验结果能较好吻合。所有研究为研发高效节能的大型振动机械提供指导作用,同时研究成果也对振动同步领域共性问题的解决具有促进作用。     

一类预紧偏心垫层结构的动态特性与稳定性分析

为研究预紧偏心垫层结构的动力学现象及其转动滑移机理,考虑其内层转动和层间相对滑移耦合自由度,建立了结构的动力学模型。数值分析了无滑子系统的动力学现象及稳态振动下的层间临界滑移激励强度;采用区间均匀分布描述初值的策略探讨解对初值的敏感性,统计分析了不同偏心量下全系统层间转动滑移平衡解的概率分布特性。     

单作用滑片泵内部流动特性数值研究

为了揭示偏心距对单作用滑片泵水力性能的影响规律,建立6种不同偏心距的泵模型进行研究,并对偏心距10 mm工况下3种封闭角进行分析。基于动网格技术和RNG k-ε湍流模型,对滑片泵进行三维非定常计算。研究表明：偏心距对滑片泵水力性能影响较大,随着偏心距由6 mm增大至11 mm,泵出口平均流量呈上升趋势,但其容积效率逐渐下降,偏心距为9 mm时滑片泵容积效率与流量较高;随着偏心距增大,转子所受径向激励力也随之增大,其中偏心距对转子径向激励力y方向分量影响较为明显,随着偏心距增大,其脉动曲线形状发生变化;封闭角为10°时,泵腔与吸油窗口相连前两者压力差较低,对进口处回流抑制较明显。     

船体横荡运动对转子-浮筏气囊耦合系统非线性动力学特性的影响*

为研究横荡作用下船用转子-浮筏气囊耦合系统的非线性动力学特性,基于短轴承理论建立系统的数学模型,并用数值方法分析系统的动力学行为,探究转子转速、横荡幅值和频率变化对系统非线性动力学特性的影响。结果表明：与无横荡作用时相比,系统的动力学特性更为复杂;在转子转速较低时,系统在船体横荡作用下处于拟周期运动状态,随着转子转速的增加,系统出现分岔现象然后又合为一支直至混沌;随着横荡幅值的增大,转子的振动幅值也会随之增大,然而频率比的增加会使转子的振幅变小。     

双转子-支承-机匣耦合系统非线性动力学响应分析

针对航空发动机安全可靠使用的现实问题,对某型航空发动机双转子试验器的转速、转子偏心量以及转速比等方面进行了研究。建立了考虑高低压转子中介轴承的耦合和机匣的弹性变形的简化整机有限元模型,将所建模型与文献中双转子系统算例的数据进行了对比,评价了理论模型的正确性;利用Newmark-β数值积分法求解了系统的非线性动力学响应。研究结果表明:偏心量的位置不同,高压转子与低压转子的振动响应幅值差异明显,当偏心量施加在高压转子部分时,系统的幅值响应更加复杂;转子系统的运动形态受高低压转速比的变化影响显著,系统可能做周期、概周期或者混沌运动。     

带有弹性偏心块惯性振动机过渡过程的动态响应分析

针对惯性振动机启动和停车过渡过程中经过共振区时振动时幅值的急剧增大问题，提出了一种带有弹性偏心块结构的惯性式振动机，分析了振动机过渡过程的动态响应问题。应用达朗贝尔原理建立带有弹性偏心块结构的四自由度振动机系统的动力学方程。提出运用龙格-库塔法数值方法求解振动机起停过程中偏心块转动量、位置、振动机的位移与速度变量随时间的变化关系，确定振动系统在振动中的共振时的最大振幅。与固定偏心块的单轴惯性振动机响应对比，在共振时最大振幅值较后者小。同时与ADAMS振动模型仿真过渡过程结果对比，验证了理论分析的正确性。论文研究将为工程中惯性振动机共振时振幅值的减少提供理论参考。     

滚柱活齿传动非线性动态特性研究

为揭示滚柱活齿传动机构的非线性动力学行为,建立考虑活齿数、齿侧间隙和动载荷的平移-纯扭转耦合动力学模型。求解啮合线处的各零件间的相对位移,建立系统非线性动力学微分方程组,并对方程组进行坐标变换,然后进行量纲一化处理,利用数值分析软件求解量纲一化的微分方程组,获得传动机构的相图和庞加莱图,通过改变参数偏心距和啮合阻尼,分析参数变化对系统非线性动态特性的影响。结果表明,改变机构的偏心距,系统的运动状态发生变化;随着偏心距的减小,系统由混沌运动进入周期运动,然后经准周期运动再进入混沌运动;选取偏心距中间值,能够降低机构的振动响应幅值,提高机构运行的稳定性。