滚动轴承-转子系统支承松动时的复杂运动研究

基于转子动力学、Hertz理论和非线性动力学理论,针对一端支座松动的滚动轴承-转子系统的运动特征,考虑了松动间隙的非线性情况,建立了系统的动力学方程．在对转子系统动力学方程进行数值积分之后,通过分叉图、庞加莱图、相图和关联维数等显示了转子系统随转速变化和松动间隙的扩展会出现复杂动力学现象,并且研究了滚动轴承-转子系统在支承松动时的分岔和混沌运动及其变化规律,得出了有工程价值的结论,这些结论可为该类故障的诊断提供参考．     

转子-滑动轴承系统支承松动-碰摩故障动力学行为及评估方法

本文针对转子-滑动轴承系统支承松动-碰摩故障动力学行为进行分析,并提出基于动力学行为非线性度量的转子-轴承系统支承松动状态评估方法.应用非线性短轴承油膜力模型、松动刚度模型、Hertz接触理论等建立了带有支座松动故障的转子系统局部碰摩动力学模型,研究并分析松动-碰摩故障转子系统随支承松动间隙变化的动力学行为规律.提出基于动力学行为非线性度量的转子-滑动轴承松动-碰摩故障下支承松动状态评估方法,采取泰勒展开获得线性近似动力学模型,量化比较非线性模型与线性近似模型动力学行为的差异.建立松动间隙与非线性度之间的对应关系,直观反映松动间隙对系统动力学行为的影响程度,实现对转子-滑动轴承系统支承松动状态的评估.本文的研究可为转子-滑动轴承系统支承松动状态评估提供理论基础和支撑.     

滚动轴承-柔性碰摩转子系统非线性动力学响应分析

针对现有轴承-转子系统动力学模型的不足,考虑非线性滚动轴承力、不平衡量、碰摩故障及陀螺效应,建立了滚动轴承-柔性对称碰摩转子系统非线性集中质量模型.通过数值计算与比较,结果表明:低转速下系统响应主要表现为滚动轴承的变刚度振动,高转速下轴承变刚度振动的影响相对减弱,转子不平衡和碰摩故障对系统的影响逐渐增强,陀螺效应对高转速下对称转子的响应不容忽略.     

含齿式联轴器的单盘转子系统耦合故障分析

为研究转子系统在不平衡-不对中耦合故障作用下的动力学特征,建立了转子-滚动轴承耦合系统动力学模型.其中,考虑齿式联轴器平行不对中问题,且刚性转盘的质心和形心不同心.通过Lagrange方法推导出系统的动力学方程,并采用数值分析的方式分别分析了联轴器不对中程度、不同的联轴器参与振动的质量大小以及不同的支承条件等对转子系统动力学特性的影响规律.计算结果表明:由于不对中故障的存在,当转子系统运行的转速达到临界转速二分之一时,转盘的横向振动位移明显增大,即不对中量会使系统在二分之一临界转速处产生一个不稳定区域;当采用滚动轴承支承时,随着不对中程度的加剧,上述不稳定区域内转子的最大振幅所对应的转速逐渐增大,而采用线性支承时,尚未出现此类现象;随着联轴器参与不对中故障的质量的增加,系统的振动越来越剧烈.     

含齿式联轴器的单盘转子系统耦合故障分

为研究转子系统在不平衡-不对中耦合故障作用下的动力学特征,建立了转子-滚动轴承耦合系统动力学模型.其中,考虑齿式联轴器平行不对中问题,且刚性转盘的质心和形心不同心.通过Lagrange方法推导出系统的动力学方程,并采用数值分析的方式分别分析了联轴器不对中程度、不同的联轴器参与振动的质量大小以及不同的支承条件等对转子系统动力学特性的影响规律.计算结果表明：由于不对中故障的存在,当转子系统运行的转速达到临界转速二分之一时,转盘的横向振动位移明显增大,即不对中量会使系统在二分之一临界转速处产生一个不稳定区域;当采用滚动轴承支承时,随着不对中程度的加剧,上述不稳定区域内转子的最大振幅所对应的转速逐渐增大,而采用线性支承时,尚未出现此类现象;随着联轴器参与不对中故障的质量的增加,系统的振动越来越剧烈.     

非线性刚度转子-轴承支承松动故障的特征分析

研究了非线性刚度转子系统发生松动故障时的振动问题.考虑了转轴材料的非线性因素,建立了在非稳态油膜力作用下的非线性刚度转子-滑动轴承系统松动模型,并用Runge-Kutta数值积分方法,得到了系统在不同的参数下的波形图、频谱图和轴心轨迹图的特征并通过实验数据验证了该方法的可行性数值分析结果为该类转子-轴承系统的设计和支承...     

水下涡轮机转子-滚动轴承非线性振动仿真

在考虑支承滚动轴承内部间隙、轴承非线性Hertz接触刚度及转子不平衡量的基础上,建立了水下涡轮机刚性水平转子系统的动力学模型;采用变步长的Rouge-Kutta-Felhberg方法对系统动力学模型进行了数值仿真,基于混沌与分岔理论分析了系统的非线性振动;研究表明,转速较低时,系统的响应以VC周期振动为主;提高转速,系统在旋转频率、VC频率的组合激励下,表现出拟周期振动;继续提高转速时,系统经历阵发性分岔进入混沌状态;研究结论对水下涡轮机系统设计具有重要意义。     

转子动力学研究进展

本文简要回顾了转子动力学的发展历程,指出了转子动力学的研究对象,如以汽轮发电机、燃气轮机、离心/轴流压缩机和航空发动机等大型装备为代表的复杂转子系统;主要研究内容涉及转子系统动力学建模、临界转速和振动响应计算、柔性转子动平衡技术、支承转子的各类轴承动力学特性、转子系统动力稳定性、转子系统非线性动力学、转子系统振动故障及其诊断技术、转子系统振动控制和多场耦合激励下转子系统振动,如机电耦合振动等.未来的研究主要聚焦在转静子系统耦合振动,基于大数据的转子系统智能诊断和考虑新材料、新结构的转子系统振动控制技术等方面.     

基于非线性动力学的水电机组操作油管振动故障研究

贯流式机组操作油管与受油器浮动瓦碰摩现象会引起操作油管的异常振动，导致漏油、窜油现象，为更好地保证水电机组的安全运行，在考虑水电机组运行过程中常见频发性故障的情况下，建立包含定转子电磁激励影响和操作油管不对中故障的操作油管-转子振动碰摩的动力学模型及微分方程，采用数值积分法对操作油管径向振动随油管不对中量、励磁电流大小和定子刚度系数等参数变化的非线性动力学特征进行分析，使用时域波形图、频谱、轴心轨迹图、庞加莱截面图和分岔图等多种手段表征系统耦合故障下的动力学响应，发现碰撞摩擦、不平衡磁拉力等因素对机组振动的影响较大，相关研究可为工程实际中多故障源激励耦合造成机组异常运行、停机等现象提供耦合故障类型诊断思路。     

锥齿轮传动系统的非线性动力学行为

主要研究了锥齿轮传动转子系统的非线性动力学行为.在滑动轴承或挤压油膜阻尼器中,油膜力是齿轮传动转子系统非线性的一个重要来源,并且与轴承的结构参数、转子的转速和作用力等多个因素有关.首先在刚性转子、齿轮不脱啮等假设条件下,考虑了锥齿轮间的广义位移约束关系,建立在非线性油膜力作用下锥齿轮传动的多转子耦合系统动力学模型.由于油膜力具有强非线性特性,因此采用数值分析方法,结合系统的稳态响应、Poincaré映射和分叉图等多种手段分析系统的动力学行为.通过初步研究得到如下结论:对于不平衡锥齿轮传动的转子系统,在低转速时转子轴心的运动与转速同步;随着转速的增加系统出现2倍周期运动等复杂的分叉现象.这些振动特征可以为这类系统的动力学设计、结构参数优化和运动状态监测等提供必要的理论依据.     

弹性箔片轴承-盘式永磁电机转子系统轴向冲击响应

轴向磁通永磁(Axial Flux Permanent Magnet,AFPM)电机在给转子输出周向电磁转矩的同时,还作为一种“磁轴承”,与弹性箔片轴承(Gas Foil Bearings,GFBs)并联工作.当GFBs支承的单定子单转子AFPM电机转速发生突变时(如加、减速),叶轮或者透平会产生一个瞬时轴向力.为揭示此轴向冲击对转子系统振动的影响机理,针对采用2个径向GFBs和1个轴向GFB支承的单定子单转子AFPM电机,建立了系统的刚性转子动力学方程,计入了永磁体的轴向吸力、径向回复力以及轴向GFB的推力对转子振动的影响.计算显示：轴向冲击对横向振动的影响非常小,箔片结构刚度的非线性效应会对转子振荡幅值和时间均产生影响,永磁体的负刚度绝对值越大,轴向振幅越大.在设计时,要注意永磁轴承刚度、箔片结构刚度和结构阻尼的合理匹配,以保证转子在轴向冲击下的轴向振荡时间和振幅均不超过允许值.     

汽轮机转子碰摩热弯曲动力特性研究

本文简化了汽轮机转子模型,并根据转子碰摩理论建立了一种简单的求解碰摩截面热分布的计算模型,使得碰摩截面热分布的计算大大简化.依据转子动力学理论推导了本模型的运动方程,并作无量纲化以便于MATLAB数值求解收敛,最终建立了转子系统由摩擦引起的弹性热弯曲——碰摩耦合故障动力模型.利用四阶Runge-Kutta方法求解微分方程组得到了在不平衡力、碰摩力和碰摩热弯矩耦合作用下转子系统的响应,并对低于、接近和高于临界转速下碰摩热弯曲转子的动力学特性进行了数值仿真研究,包括时域、频谱、轴心轨迹以及碰摩力的变化.结果表明,转子在低于和接近临界转速运行发生碰摩,转子的振动由平稳状态逐渐发散,而在高于临界转速发生碰摩时转子的振动会逐渐减小.     

不对中联轴器 柔性转子系统非线性动力学行为

主要研究了在滑动轴承支承下转子间具有平行不对中故障的柔性联转子系统非线性动力学行为.首先,在考虑到联轴器的连接刚度后,基于两转子间运动的几何关系和位移约束条件推导了在非线性油膜力作用下平行不对中转子系统的动力学模型,理论分析表明该系统是一个含有时变系数和强非线性特征的11自由度非自治系统.然后采用数值方法重点分析了系统的非线性振动特性,例如,系统的轴心轨迹、频谱相应,Poincaré截面等.结果表明:在较低转速时,转子的涡动轨迹在较小的范围内作同步振荡;随着转速的提高,系统出现倍周期分叉现象,以及准周期、混沌运动等复杂的非线性动力学行为.最后讨论了联轴器的连接刚度对系统运动特性的影响.     

热固耦合作用下9F级燃气轮机碰摩转子的振动分析

针对燃气轮机转子碰摩故障的振动特性,建立了包含温度因素的9F级燃气轮机碰摩转子的动力学方程.建立9F级燃气轮机转子的结构模型,对燃气轮机转子进行瞬态热应力分析,同时考虑到碰摩力的影响.研究了9F燃气轮机转子从正常运行到停机72小时不同时刻的温度场及热应力.分析结果表明：采用有限元分析方法对9F级燃气轮机碰摩转子的振动特性研究是可行的,同时考虑到转子热固耦合作用的影响,对于更准确地研究转子的碰摩故障的振动特性具有重要意义.