多支承转子系统弯曲振动分析方法研究

提出一种描述多支承转子系统弯曲振动的数学模型;应用二分法和LU分解法综合计算弯曲自由振动模态,应用Newmark时间差分法和空间五点差分法综合求解弯曲强迫振动动力响应;针对300 MW汽轮机组模型,进行模态分析以及多种激励下的位移响应计算。模态分析、响应计算结果与现场实测数据较为吻合,说明了所建立的动力学模型与采用的计算方法的有效性。     

压电驱动的超声悬浮精密轴承静动态承载特性

为研究超声悬浮轴承的静、动态承载特性,设计了一种压电陶瓷驱动的全包围结构超声悬浮轴承。分析了气体挤压膜润滑承载机理,在等温隔热条件下,根据牛顿流体的气体动力学理论,建立了描述轴承启动阶段及支撑回转体稳定旋转阶段气膜压力的静、动态雷诺方程。采用有限差分法并利用MATLAB自定义函数的功能,对超声悬浮轴承的静态及动态承载力进行了数值计算。为验证理论计算的正确性,通过轴承样机自悬浮实验验证轴承悬浮特性的理论计算结果,得出在其谐振频率下,相同结构尺寸及悬浮参数的轴承静态承载力理论计算值与测量值之间的误差为8.33%;在挤压数为100,2～5μm合理初始间隙下,动态悬浮力理论计算值与实验测量值相吻合。考虑样机结构特性引起的能量转换误差及实验环境因素影响,误差在合理允许范围之内,验证了理论分析及计算的正确性,对超声悬浮轴承的理论研究及设计具有一定的指导意义。     

基于超声近场作用的悬浮特性分析与试验

超声近场的悬浮现象和动力学机理,提出圆形振子薄板与悬浮物之间的耦合数学模型,给定圆盘在特定弯振模态下的边界条件,推导了基于挤压膜模型的悬浮压力近似解析式.同时为了试验研究超声近场的悬浮特性,在兰杰文振子顶端设计了利于产生超声辐射近场效应的圆盘式装置并试制了样机,通过激励出圆盘的弯曲振动模态诱发出声场辐射力,实现了物体在圆盘表面的近距离悬浮.搭建了基于虚拟仪器平台的测试系统,通过试验获得其悬浮特性参数,分析了悬浮的距离随着重物质量的增大而减少的规律,验证了理论分析结果,为采用近声场来悬浮和实现悬浮力的有效控制奠定了基础.     

振子齿对驻波型直线超声电机振动模态的影响

对一类直线型驻波超声电机振子的振动模态进行了系统分析，讨论了定子齿的位置、几何尺寸对直线型超声电机的固有频率、振型的影响，为该类驻波型直线超声电机的设计提供了理论依据。     

超声电机的试验研究

叙述了实验研究对超声电机技术发展的重要性。简明地介绍了自南京航天航天大学超声电机研究中心创建以来，超声电机实验仪器设备的建设情况和超声试验研究的进展。重点地叙述了超声电机零、部件模态试验、瞬态试验和机械特性试验等的试验目的、方法、仪器设备及一些经验体会，并列举了若干典型试验结果。最后指出：为了进一步提高超声电机产品质量，扩大超声电机的应用市场，还需继续改进老的试验系统，建立更新更多的试验仪器和设备。     

轴承载荷对转子系统各支承的耦合振动分析

以多支承转子 轴承 弹性基础系统为研究对象,对多支承转子系统某支承处轴承载荷变化引起不同支承点处轴及轴承的耦合振动响应进行了研究。首先,建立了多支承转子系统支承间的耦合振动模型,并进行了仿真和试验,耦合振动模型考虑了每个支承处的油膜耦合效应,通过轴承载荷敏感度矩阵得到各支承耦合力;然后,利用龙格库塔法对油膜刚度为定刚度和动刚度两种情况下的转子系统进行了数值分析及仿真;最后,在8支承转子试验台上进行试验,采取改变某一支承处的位移来得到轴承载荷的变化,并提取各支承处的振动信号。结果表明,轴承位置在稳态和瞬态两种情况下改变时振动响应明显不同,油膜刚度为动刚度的分析结果更为合理。     

柔性支承下的大型离心压缩机转子振动特性

支承刚度对转子系统的动力学特性具有重要影响。针对大型离心压缩机转子在高速平衡条件下和实际运行工况下的支承刚度差异导致的振动问题开展研究。由于高速动平衡机的摆架刚度较低,使得一些大型离心压缩机的轴承油膜刚度与支承刚度几乎相当,导致2阶弯曲临界转速大幅降低,从而使得转子振动超标,高速动平衡难以满足标准要求。结合实际案例分别进行不考虑支承刚度及带有动平衡机摆架刚度的转子动力学分析,并对轴承瓦块、轴承座、机壳、底座进行有限元分析,获得压缩机转子的基础刚度。结果表明,考虑支承刚度的转子2阶临界转速出现了11.1%～18.3%的下降,1阶临界仅下降3.6%～7.3%,与高速动平衡试验结果吻合较好,实际支承刚度因大于轴承刚度3.5倍,机械运转试验显示1阶临界、2阶临界转速未有实质性下降,且振动满足API617标准要求,与不考虑支承刚度的转子动力学分析结果基本一致。     

纵弯复合型直线超声电机振动模态有限元分析

介绍了纵弯复合型直线超声电机的结构和工作原理，运用Ansys7．0有限元分析软件建立了该直线超声电机的有限元计算模型，对于纵向、弯曲振动模态的简并进行了分析，归纳了电机结构参数对驱动振子谐振频率的影响以及实现纵向和弯曲两种振动模态简并的一般规律。有限元计算结果与原型样机实验测试结果的比较表明，在自由边界条件下，有限元分析结果与实测结果完全一致。研究结果为利用有限元方法进行纵弯复合型直线超声电机设计提供了依据。     

超声电机定子振动分析的模态选择

结构的主动控制通常是通过对结构的少数几个主要模态的控制来实现的.常用的假设模态法可以建立系统的低阶近似运动方程,但很难找到适用于整个系统的假设模态;有限元法的求解精度较高,但得到的动力学方程数目较大,影响系统后续计算分析的效率.本文在超声电机定子振动模态有限元分析的基础上,引入模态选择方法,对结构模态截断,仅保留特定的模态来实现模型降阶.以旋转型行波超声电机定子为例,用APDL实现了从有限元分析结果中自动识别工作模态,提取特定的模态参数和相应等效电路模型的电学参数,仿真计算了定子的机械和电学响应.激光多普勒测振试验得到的定子工作模态频率与假设模态法计算值的相对误差为9.1%,与有限元法计算值的相对误差为0.3%;动力响应的试验值与模态选择法计算值的相对误差为3%.实验结果表明,本文采取的模态参数提取方法是有效的,相比假设模态法能更精确地反映实际自由定子的运动状况.     

超声振动减摩性能的实验研究及理论分析

以超声减摩的核心构件压电振子为研究对象，在测量压电振子参数的基础上通过改变压电振子的工作电压，测量压电振子振动时辐射端面与特定的工作表面间的摩擦系数的变化规律，通过有限元法计算压电振子的振动模态，分析超声振动的减摩机理，以便进行适当的结构设计，利用超声振动的减摩性能制造出超声波悬浮轴承。研究证明，超声振动具有良好的减摩性能，压电振子处于纵向振动模态时减摩效果最好。     

基于超声微驱动的超声波振动减摩机理

将超声电动机定子和转子接触区定子表面一点的超声波振动分解成水平振动和垂直振动 ,并分析了两个方向振动对超声电动机驱动作用的影响。提出水平振动产生摩擦驱动力 ,垂直振动影响水平驱动的效果 ,将垂直方向超声波振动的作用等效为普通滑动试验中引入垂直滑动方向超声波振动的作用研究 ,揭示了垂直方向超声波振动是导致超声驱动动摩擦因数降低的原因     

斜齿式超声电机定子振动模态的有限元分析

利用ANSYS有限元软件建立斜齿式超声电机定子的有限元模型,并分析斜齿结构参数对定子振动模态的影响,得到了各结构参数对定子模态频率的影响曲线。研究结果表明,斜齿的结构参数对纵向振动模态频率的影响较小。     

基于弹性支承的磁悬浮轴承转子系统振动控制

为寻找抑制磁悬浮轴承转子系统振动的有效方法,基于有限元分析软件ANSYS对转子系统附加外弹性支承前后的动态特性进行仿真对比分析,同时搭建磁悬浮轴承转子试验台进行试验验证。仿真及试验均表明,通过引入合适的外弹性支承结构,可以有效抑制系统振幅。     

带气膜阻尼悬臂平板的振动特性研究

针对航空发动机叶片振动疲劳损伤问题,建立了带振动能量耗散机制的气膜阻尼理论模型.将气膜内气体的流动分别等效为牛顿流体的流动和泊肃叶流体的流动,推导出气膜阻尼结构的阻尼比方程,研究了带气膜阻尼悬臂平板的振动特性.目的是为航空发动机风扇叶片气膜阻尼的结构设计提供理论依据和技术支撑.结果表明:泊肃叶流体能够考虑更多的振动能量...     

基于刚体模态的弹性支承转子动平衡研究

针对弹性支承形式下转子动平衡时出现刚体模态振型的问题,对双平面影响系数法与模态N+2平面向前正交法的动平衡机理进行了研究,对低速平衡后转子一阶与二阶临界转速时的振动影响规律进行了归纳,提出了弹支刚性转子模态动平衡操作方法。利用DyRoBeS软件建立了弹支—多盘转子系统模型,进行了转子动力学振型仿真计算,同时搭建了鼠笼式弹性支承结构下多盘转子实验台,进行了两种动平衡方法的临界处振动控制效果实验。研究结果表明:对高阶振型仍表现为刚体模态的弹性支承转子系统进行动平衡,影响系数法低速动平衡后可以同时降低一阶与二阶临界转速处振动幅值;模态向前正交平衡法在一阶临界处动平衡后,可有效降低一阶临界转速时的振动,同时不影响二阶临界转速处的振动幅值。     

螺旋槽干气密封气膜振动测试与稳定性分析

采用高精度改进型的电涡流微型传感器和高速数据采集卡,在不同工况下,对螺旋槽干气密封气膜平衡位移和气膜振动位移进行测量;在同种工况下,对3种不同螺旋角的螺旋槽干气密封气膜振动位移进行测量,对测得的数据用基于Labview软件开发的干气密封测试系统进行频谱分析.试验结果表明:在不同工况下,气膜平衡位移随压力和转速的升高而增大,气膜振动位移随着压力和转速的升高而降低;在同种工况下,存在着气膜振动位移最小时的最佳螺旋角,本试验中最优螺旋角为74°.     

环形超声电机定子的振动模态与谐响应分析

振动模态分析和谐响应分析是超声电机优化设计的重要步骤。基于本实验室提出的压电定子和压电转子振型嵌合式环形超声电机,利用有限元软件Ansys10.0建立了直径为60 mm的环形超声定子的模型,并对此电机定子进行模态分析以及谐响应分析,得出了定子的固有频率和振型以及理论振幅值,特别阐述了此电机定子最优振动模态的选择。同时利用Agilent 35670A对制作的电机定子进行扫频测试,结果表明:分析结果与实测结果基本接近。研究结论为超声电机的优化设计提供了理论依据。     

支承刚度对弧齿锥齿轮振动性能影响的实验研究

实验研究了航空弧齿锥齿轮传动中支承刚度对弧齿锥齿轮传动振动性能影响的规律。在齿轮实验台上实测了不同支承刚度及不同转速下弧齿锥齿轮传动系统的振动加速度、位移及噪声等,将实验结果进行了对比分析,结果表明,主动轮在ｎ＜０．６５ｎｃｌ转速下采用前弹后刚的支承方式为好,在０．６５ｎｃｌ＜ｎ＜０．８５ｎｃｌ转速下采用前刚后弹的支承方式,振动性能最优。实验结果为航空弧齿锥齿轮支承方式的设计提供了依据。     

多自由度超声电机设计与应用研究

设计了一种锥型结构的多自由度超声电机,电机定子采用单足驱动方式,利用四分区的叠层式压电陶瓷作为激励元件,在两路相位差90°的正弦信号激励下,驱动足分别产生沿X-Z平面、Y-Z平面的椭圆运动轨迹,进而驱动电机动子作直线运动。针对多自由度超声电机定子结构及实现2个自由度运动输出的要求,自行设计两自由度平台解决方案。     

充液对压电振子超声振动频率的影响研究

振子在不同边界条件下模态将有较大的变化,利用ANSYS有限元模拟,对空心振子充液前后进行了对比模拟,并进行了振子的实际测试实验,探究了充液对空心振子超声振动模态频率的影响。有限元模拟分析及振子实际测试表明,空心振子在充液后,同阶振动频率将会降低,并且频率降低的幅度随着所充液体密度的增大而增大;对空心振子纵弯模态频率在充液前后的不同变化情况进行了研究与比较,对比发现,充液条件对于弯曲模态频率的影响大于对拉伸模态的影响;充液压电振子的幅频特性曲线呈非线性,软特性。为超声压电振子的模态频率微调提供了理论与实验依据。