齿轮轴承转子系统支撑刚度特性研究

建立考虑齿轮-轴承转子系统多刚体、多柔体及刚柔耦合的动力学模型,并采用不同轴承刚度计算方法获得支撑刚度。在此基础上,研究系统支撑刚度对齿轮动态啮合力及振动位移等响应的影响规律,并与理论值对比分析。研究结果表明:刚性体模型仿真结果与理论值相比数值普遍偏大,而柔性体仿真结果与理论值基本一致;齿轮-轴承转子系统支撑刚度对齿轮动态响应产生较大影响,支撑刚度取3倍齿轮啮合刚度时,齿轮振动角速度等值与理论值基本相符。因此,利用柔性体模型并选择合理的支撑刚度对齿轮-轴承转子系统的动力学仿真分析具有实际意义。     

实验转子系统的动力学行为

为分析实验转子系统碰摩的分叉与混沌动力学行为,找到系统通往混沌的道路,应用数值分析方法对其进行研究.以转速为分叉参数,结合Poincare截面图、波形图、相平面图、轴心轨迹图和自相关函数图分析系统运动状态,同时分析质量比对实验转子系统响应的影响.分析结果表明,质量比对动力学特性有较大影响,系统通向混沌的道路主要是阵发性分叉和周期倍分叉.实验转子系统碰摩实验与数值模拟结果一致.     

斜齿轮柔性转子轴承系统非线性动力学分析

考虑齿侧间隙、轴承径向间隙、齿轮不平衡力,使用有限元法建立质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵并组装成整体参数矩阵,建立了适用于斜齿轮柔性转子滚动轴承系统的非线性动力学模型。采用Runge-Kutta法求解,并分析系统的动力学行为。研究了转速、转轴刚度、不平衡力对斜齿轮系统非线性动力学行为的影响规律。结果表明：随着转速的变化,系统将经历周期、拟周期、混沌等多种运动状态;随着转轴刚度的减小,混沌运动的区间减小,振幅大小发生改变;不平衡力增大后,系统混沌区间增大,混沌运动的区间也发生改变。     

柔性转子-轴承系统非线性动力学行为分析

运用非线性动力学对柔性转子-轴承系统进行了分析,考虑了Newmark法在计算时间步长内产生的影响计算精度和计算稳定性的计算扰动效应,并将其改进形成一种有效的求解动力学周期响应的方法。将该方法的计算结果与Runge-Kutta法的计算结果进行了对比,结果表明该方法精度较高。运用Floquet分岔理论分析了系统周期运动的稳定性及其分岔行为,数值结果展现系统具有周期运动、准周期运动等非线性现象。     

电磁轴承柔性转子系统动态响应分析

给出了基于多输入多输出(M IMO)系统建模方法的电磁轴承柔性转子系统动态响应优化算法,通过数值仿真实例搜索得到系统最佳工作点。对电磁轴承柔性转子系统动态响应为目标函数的寻优规划的凸凹性进行了判定,对寻优结果作了鲁棒性分析,据此对寻优结果的可靠性给出了定量结论。计算与分析结果表明:电磁轴承柔性转子系统动态响应寻优规划为非凸规划,通过本文提出的优化仿真方法得到的系统最佳工作点为局部最优解且逼近全局最优解。     

非线性刚度碰摩转子系统的分岔与混沌演化

建立一类具有非线性刚度的局部碰摩转子系统模型,用数值积分和Poincaré映射方法研究该系统随不平衡量和刚度比参数变化的分岔与混沌演化过程.通过分岔图、Poincaré映射图揭示该系统存在Neimark-sacker分岔、倍周期分岔、锁相、阵发性切分岔等非线性动力学行为,研究结果揭示碰摩转子系统中一些复杂的非线性现象,为转子系统的故障诊断、振动控制、安全运行及早期预测提供理论参考.     

磁力轴承转子系统非线性支承特性的研究

通过对磁力轴承非线性支承力特性的分析,可以看出控制器参数与支承特性之间有非常强的非线性耦合关系。虽然其支承的刚度和阻尼都能够通过改变控制器参数进行调整,但控制器参数的选择受非线性因素的影响较大。当比例增益越大,则在转子平衡点处的线性刚度就越大,能提供的最大支承力也越大,但支承实现正刚度的转子位移区间越小,系统稳定的转子位移区间就越小。通过对主动磁力轴承转子系统非线性支承特性的研究,揭示了控制器结构参数、机械结构参数与支承特性之间的耦合关系。     

圆柱滚子轴承刚性转子系统周期运动分岔

推导了考虑径向力、力矩联合作用的滚子轴承的非线性轴承力和力矩,建立了圆柱滚子轴承刚性转子系统的四自由度动力学方程,利用求解非线性非自治动力系统周期解的延拓打靶算法进行计算,根据Floquet乘子判断周期运动的分岔.以某滚子轴承刚性转子系统为例,研究了该类转子系统在径向间隙-转速、阻尼-转速、力矩-转速参数域内周期运动的分岔及失稳规律.结果发现:随径向间隙、阻尼和力矩的变化,周期运动将产生倍周期或Hopf分岔,分岔转速随参数变化而改变.其中力矩的存在会明显降低系统的失稳转速,可通过选择合适的结构和工况参数尽量避免滚子轴承转子系统出现非周期运动.     

主动磁轴承转子系统动力学特性的研究

以电磁轴承支承下的高速转子系统为分析对象,以传统的转子动力学分析理论和方法为基础,结合电磁轴承系统分析理论和方法,研究电磁轴承支承条件下转子系统的动力学特性。应用基于系统传递函数的刚度、阻尼特性分析理论和方法,建立用于分析电磁轴承转子系统动力学特性的理论和方法。并对一个实用型１５０ｍ３制氧透平膨胀机样机的研制和试验进行指导和结果验证。     

预压柔性滚子轴承柔性滚子变形的计算

对柔性滚子的变形进行理论研究 ,推导出柔性滚子的基本方程 ,并得出柔性滚子径向位移ω和切向位移V的精确计算公式。为校核疲劳寿命、保持架设计和润滑计算等提供了理论依据。附图 5幅 ,参考文献 3篇。     

高速滚动轴承柔性转子试验机

支承高速柔性转子的滚动轴承的寿命、可靠性及失效形式十分复杂,很难得到准确的理论分析结果。因此新研制了高速滚动轴承柔性转子试验机,可以模拟轴承的载荷、转速、润滑等工况条件,测试支承柔性转子系统的轴承性能,为高速轴承性能分析提供准确的试验数据。对支承柔性转子的滚动轴承进行了试验,验证了试验机的可靠性,发现与刚性转子系统相比,柔性转子系统振幅增大且轴心轨迹复杂,这将影响支承轴承的动力学特性。     

转子—轴承系统的稳定性,分岔与混沌行为研究

利用修正的短轴承理论模型对转子－轴承系统进行了稳定性、分岔与混沌特性分析。结果表明：系统平衡失稳时产生迟滞超临界Ｈｏｐｆ分岔,由于迟滞的存在,使得迟滞区内系统拓扑结构的等价性在大扰动下可能被被破坏,因此,线性理论无法解释该区段内的动态行为。存在不平衡量时,系统失稳可能产生拟周期分岔、倍周期分岔并可能导致混沌振动。这些结果为控制转子的稳定运行状态提供了依据,为油膜失稳故障的诊断提供了有益的启发。     

滚动轴承座发生松动的转子系统的分叉和混沌

以转子动力学、Hetrz 理论和非线性动力学理论为基础,针对一端轴承座松动的滚动轴承-转子系统的具体特点,建立了系统的动力学方程.通过数值仿真研究了转子系统在转速变化和松动间隙扩展时显示的周期分叉和混沌运动等复杂动力学现象及其变化规律,得出了有价值的结论,这些结论可为该类故障的诊断提供参考.     

发动机转子-滚动轴承系统的振动性能研究

针对发动机转子 滚动轴承系统建立了有限元模型,将弹性轴段、刚性圆盘和弹性支承的动力方程集结后得到系统振动方程,分析计算了支承刚度对系统固有频率的影响。将转子不平衡惯性力和轴承支反力作为激励,求解了系统的稳定响应,得出了合理设计支承刚度和阻尼,可以改善转子系统的振动特性的结论。通过转子系统模拟实验,对该结论进行了验证。     

电磁轴承支承柔性转子模型测试与辨识

电磁轴承具有无摩擦、不需润滑、可长时间高速运行等优点,广泛应用于高速旋转机械、特殊工作环境旋转机械等领域。电磁轴承系统的数学模型对于系统分析和控制器设计具有重要意义,但受各种因素影响,计算模型误差较大,往往不能满足设计调试要求。因此,现场测试是获取系统模型的重要手段。提出一种电磁轴承支承的柔性转子的测试与建模方法,该方法通过正弦扫描试验获取闭环系统频响模型,通过变换得到开环频响模型,然后通过辨识得到转子传递函数模型,并在实际系统上验证了提出的方法。     

非线性Jeffcott转子-滚动轴承系统动力学分析

为了研究Jeffcott转子-滚动轴承系统的非线性动力特性,建立了其非线性动力学方程,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,分析了参数、强迫联合激励的Jeffcott转子-滚动轴承系统的响应、分岔和混沌等非线性动力特性。结果表明,Jeffcott转子-滚动轴承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;Jeffcott转子-滚动轴承系统的非线性特性随着径向游隙的增大而加剧。     

基于转速的磁轴承柔性转子系统模糊控制策略研究

建立了五自由度磁悬浮轴承柔性转子试验系统,利用Matlab工具箱对比分析了不完全微分PID和模糊自调整PID控制策略对系统动态性能的影响,设计制作了基于TMS320F28335 DSP的数字控制器硬件电路,在模糊自调整PID控制策略的基础上引入转速量,在不同转速区段采用不同的模糊自调整因子,以满足转子在各转速区段对支承特性的不同要求,编写了相应的软件,完成了系统的高速旋转试验。仿真和试验结果均表明,采用基于转速的模糊自调整控制策略,可以改善磁悬浮轴承柔性转子系统的动态性能。     

滚动轴承刚度及转子系统动力学网络计算系统的设计和实现

分析了基于MATLAB的网络远程程序调用的方法。根据浏览器／服务器架构分析了滚动轴承刚度及转子系统动力学网络计算系统的系统结构征架，许实现了滚动轴承刚度估算模块，滚动轴承静刚度和动刚度计算模块，转子系统稳定性计算和转子系统临界转速计算模块。该系统能够有效地实现滚动轴承及转子系统产品设计资源的共享和资源的利用效率。