碰摩故障转子-滚动轴承耦合系统非线性动力学研究

针对滚动轴承支承下的转子碰摩故障机理分析和故障诊断问题,考虑滚动轴承非线性赫兹接触和轴承径向间隙,建立了含碰摩故障的转子-滚动轴承系统动力学模型。应用数值积分方法得到系统的非线性响应,利用时间波形图、分叉图、频谱图以及Poincaré映射图,研究了系统响应随转速、轴承间隙、碰摩刚度、偏心量以及碰摩间隙的变化规律,为有效诊断滚动轴承支承下的转子碰摩故障提供了理论依据。     

发动机转子系统碰摩-裂纹-松动耦合故障作用下动力学特性分析

建立了滚动轴承支承下的双跨转子系统非线性动力学模型,采用四阶-五阶定步长Runge-Kutta法分析比较了系统在无故障、碰摩故障、裂纹故障、一端松动故障以及碰摩-裂纹-松动耦合故障5种工况下随着转速变化的转子动力学响应。数值分析了在碰摩-裂纹-松动耦合故障工况下转子不平衡量、碰摩刚度、松动端轴承座质量对系统响应的影响。结果表明:当系统存在碰摩故障时,一阶临界转速有所提高,动力学行为更为复杂;存在裂纹故障时,一阶临界转速有所降低;存在松动故障时,响应混沌区域变大;存在三种耦合故障时,超一阶临界转速响应出现大面积混沌。随着转子不平衡量、碰摩刚度的增大,响应趋向于混沌,松动端轴承座质量在高速下响应具有敏感性。     

碰摩故障下转子-MRD系统的动力学特性研究

考虑磁流变阻尼器(Magnetorheological damper,简称MRD),研究典型工况下MRD对碰摩故障转子系统动力学特性的影响。基于双线性本构方程,建立磁流变阻尼器动力学模型,并将其引入到转子系统中,利用有限元法建立碰摩故障下转子-滚动轴承-MRD系统的动力学方程,并采用Newmark数值法进行求解,利用分岔图、轴心轨迹图及频谱图等进行对比分析。研究结果表明:合适的电流作用下,MRD能够有效缓解碰摩,使局部碰摩稳定到轻微的全周碰摩,增强系统的稳定性。在过大的电流作用下,会激发MRD的非线性,产生非协调频率成分,降低系统的稳定性。该研究结果可为磁流变阻尼器的设计及控制策略提供有益的指导。     

碰摩转子系统的非线性振动特性研究

以航空发动机转子与静子的碰摩故障为研究对象，以刚度为分段线性的Jeffcott转子为模型，建立了系统的运动微分方程，以转子转速和不平衡量作为控制参数分析了系统非线性动力学中的分叉和混沌特性。     

双转子系统转子间碰摩故障研究

建立了两端固支Jeffcott转子间碰摩的模型,推导了模型的运动微分方程,应用龙格库塔(Rung-Kutta)法求解运动微分方程特定转速下振动响应的幅值;同时对发生高低压转子间碰摩的发动机实测振动信号进行分析总结,得到了高低压转子间碰摩的典型振动特征,对今后相同或者相似的碰摩故障提供有益的参考。     

含松动-碰摩耦合故障转子系统的动力学特性研究

建立了含松动及碰摩多重故障耦合的转子系统动力学模型。采用四阶Runge-Kutta法进行数值仿真,得到了转子系统周期分岔图、最大碰摩力曲线图、松动轴承支座振幅图以及相图和Poincaré映射图,重点分析了松动质量对系统动态特性的影响。研究表明,松动故障使得转子系统在较低转速进入碰摩运动;亚谐运动、概周期运动、混沌运动的转速区间增加,同时与之对应的最大碰摩力、松动支座振幅较大。较大的松动质量可以降低松动轴承支座的振动幅值,同时使得系统在低转速较长区间处于无碰摩的周期一运动,有利于系统在故障条件下处于稳定状态。     

松动-碰摩耦合故障转子系统振动特性分析

针对动态油膜力下带有支座松动 碰摩耦合故障的转子 轴承系统的非线性动力学模型,采用数值模拟等方 法,考察其随转速比变化及改变最大松动间隙值时发生松动和碰摩故障的分岔与混沌特性,并分别与相同参数条件 下带有支座松动故障的转子系统和碰摩故障转子系统进行比较,得到如下结论:该耦合故障系统中碰摩与松动故障 主要发生在主共振区、油膜振荡区及转速比大于3.4的转速范围内,发生碰摩故障时系统运动多为混沌运动;随着 松动最大间隙值的减小,碰摩的转速范围越来越大,而发生松动的转速范围越来越小;两种故障的产生相对独立。     

双盘转子系统不对中-碰摩故障仿真及实验研究

本文建立了通过齿式联轴器连接、滚动轴承支承的双盘转子动力学模型。该模型引入了齿式联轴器啮合力,不对中力和碰摩力。同时搭建转子实验台,并且进行了低转速下不对中-碰摩实验,研究转子在低速下的动力学特性和碰摩力特征。结果表明:低速实验下转子碰摩对于整体振动影响不大,在低转速下会产生一定的分数频率,并对倍频幅值产生一定影响;仿真结果显示,随着转速的增加,转子与静子产生碰摩,系统逐渐产生分数频率,并且系统的运动稳定性变差,碰摩力变得无规律。     

双转子-支承-机匣耦合系统碰摩振动响应分析及试验验证

以某型航空发动机双转子试验器为研究对象,采用Newmark-β数值积分方法求解系统的动力学响应,在考虑高低压转子中介轴承的耦合和机匣的弹性变形及其运动的基础上,建立了碰摩故障双转子-支承-机匣耦合系统动力学模型,理论分析了转速、转子偏心量和碰摩刚度对转子系统动力学特性的影响并进行了相关试验。研究结果表明：发生碰摩故障时,转子和机匣测点频谱分析图中会出现转子的倍频和组合频率,可将其作为判断系统发生局部碰摩的特征信号;随着转子偏心量和碰摩刚度的增大,碰摩幅值响应愈加明显,碰摩程度亦愈加严重;机匣测点振动量值存在衰减,后续理论建模过程中应考虑传递过程的衰减。本研究结论可为碰摩故障机理的探究和碰摩故障的诊断提供参考。     

双盘转子轴承系统不对中-碰摩耦合故障分析

针对由于轴承不对中而引起不对中-碰摩耦合故障的转子-轴承系统,建立了考虑电机联轴器影响的双盘不对中-碰摩耦合故障转子系统力学模型和有限元模型。基于非线性有限元方法,使用等效不对中力矩及接触理论研究了碰摩刚度和不对中角度两个重要参数对系统动力学特性的影响。通过对在不同碰摩刚度及不对中角度时系统动力学特性的研究分析,发现不对中-碰摩耦合故障常常以碰摩故障特征为主,并且二倍频出现较早及其峰值会急速增大,这一特性可以作为诊断不对中-碰摩耦合故障的一个依据。     

不同轴承支撑下碰摩转子系统的动力学特性

研究了不同类型轴承支撑下的转子碰摩故障振动特征。首先,采用了计及回转效应、剪切效应及横向扭转的梁单元建立了实验装置转子的有限元分析模型;然后,通过二维计算流体力学方法得到不同类型轴承的动力学参数;最后,在此基础上,结合非线性动力学理论,分析比较了转子在圆柱轴承、可倾瓦轴承等5种轴承支撑下的碰摩非线性动力学行为。研究结果表明：在椭圆轴承、五瓦轴承和四瓦可倾瓦轴承支撑下,系统主要表现为同频周期运动;而对于圆柱轴承和四油叶轴承支撑,系统会出现较复杂的运动。本研究工作是对之前转子碰摩非线性动力学研究的扩展,所得计算结果可为大型高速旋转机械系统动态设计制造和碰摩故障的诊断和控制提供理论参考。     

风机转子-气封碰摩故障研究

转子动静碰摩是高速旋转机械的典型故障之一。以处理一新安装风机碰摩故障为研究背景,建立数学模型,分别从理论和测试手段描述了动静碰摩的发生原因及其发展机理,并对识别、判断碰摩振动及采取相应措施作了一些有益的探讨。     

高速滚动轴承-双转子主轴系统离散建模动力学数值仿真分析

在轴承动力学和转子动力学基础上,对航空发动机双转子-轴承系统的动力学特性进行研究.根据Timoshenko梁-轴理论,建立了双转子系统有限元离散化模型,并用数值方法对其求解,研究表明:(1)由于系统非线性特性的影响,系统在多频耦合激励下响应出现激励频率的倍频率及组合频率,系统振动响应异常复杂;(2)中介滚子轴承的径向游隙变化对系统响应有一定的影响,对支撑轴承处的响应影响较小,较小的游隙可使中介轴承和转子系统中心处的响应位移降低,从而使系统趋于稳定;(3)适当增加支撑轴承滚动体个数使支承轴承和转子中心处的响应降低,系统稳定性也增加;(4)采用实验验证分析可知:仿真计算值与实验值变化趋势基本一致,存在一定的误差(误差约有15.6％).分析结果为定量和定性分析该双转子的稳定性提供了参考依据.     

磁悬浮双转子系统的定点碰摩特性

采用Lankarani-Nikravesh模型描述了磁悬浮双转子系统定点碰摩过程中的法向冲击力,基于有限元法建立系统动力学模型,并对碰摩故障下的系统振动特性及接触过程进行了分析.研究结果表明:内外转子的转频是其转频差的整数倍时,碰摩发生时可观察到转频差的整数倍频率分量,随着碰摩程度的加剧,分数阶转频差频率分量出现;碰摩...     

含碰摩振动的油膜轴承-转子系统非线性动力学特性

转子系统因含间隙、约束、摩擦等典型的非光滑力学因素,使系统由于碰摩振动而表现出复杂的非线性动力学特性.以考虑碰摩故障的油膜轴承支撑的单盘柔性转子系统为研究对象,建立了系统的无量纲运动微分方程,采用变步长4阶Runge-Kutta法数值计算,研究模型的关键参数与系统动力学特性的关联关系.结果表明:随着约束刚度比取值的增大...     

转子-轴承系统局部碰摩故障机理研究

对滑动轴承支承下的转子系统进行故障机理分析,建立了碰摩故障转子系统的动力学模型,应用非线性动力学理论对所建立的滑动轴承支承下的碰摩转子系统进行了研究,应用数值积分方法得到系统的响应,利用幅频曲线、分岔图和三维谱图研究了系统响应随转速、偏心量、半径间隙、摩擦因数及静子径向刚度等因素的变化规律。     

不对中-松动-碰摩转子系统的动力学特性分析

考虑联轴器不对中、输入轴端支座松动和转定子间碰摩等耦合故障因素,建立了两端以滑动轴承支撑的非线性刚度双盘转子系统动力学模型,运用变步长四阶龙格库塔法对该系统进行数值求解,采用分叉图、相图、Poincaré截面图以及最大碰摩力图主要分析了转速和转盘偏心量对系统动力学特性的影响.结果表明:随着转速的增大,系统出现了周期运动...     

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。