花键联轴器对转子-轴承系统稳定性影响研究

推导了松配合矩形花键联轴器考虑脱开临界状况的啮合力模型,基于有限元法建立了考虑圆柱瓦滑动轴承非线性油膜力和花键联轴器啮合力作用的转子-联轴器-轴承系统动力学模型,并用数值积分研究了联轴器啮合力对转子-轴承系统稳定性的影响规律.研究结果表明:花键联轴器的横向刚度对其连接的转子-轴承系统发生油膜振荡的失稳转速影响较小,而转角刚度影响较大;对于松配合花键联轴器,如果不考虑其转角刚度,用线性化的啮合刚度模化联轴器得到的转子-轴承系统的失稳转速要高于用力模化的系统的失稳转速;因此,工程用线性刚度代替啮合力模化联轴器将掩盖系统真实的失稳转速,这种简化对转子系统运行来说是不安全的.研究结果为获得转子-花键联轴器-轴承系统真实的失稳转速提供理论依据,研究思路对其他类型联轴器动力学建模具有借鉴意义.     

弹性联轴器不对中转子-轴承系统的非线性动力特性及稳定性研究

分析了在膜片式弹性联轴器不对中情况下,滑动轴承支撑的多盘转子系统的非线性动力特性和稳定性。联轴器不对中所产生的附加力和力矩作为施加在轴系上的外部激励。综合运用频谱、轴心轨迹、分叉图、Poincaré 图和最大Lyapunov指数等方法,比较分析了转子-轴承系统在考虑联轴器不对中前后的动力响应和稳定性。研究表明联轴器不对中会引起2X, 3X, 4X甚至更高倍频的振动,其中2X振动占据主要地位,不对中对转子上节点的振动的影响随着其与联轴器的距离的增加而减小。不对中对轴系的1阶临界转速的影响可以忽略,当转子转速超过系统2倍1阶临界转速时,系统会发生油膜振荡,联轴器不对中会使系统发生油膜振荡的转速升高,同时对转子振动有一定的抑制作用。     

滚动轴承转子系统不对中-碰摩耦合故障非线性动力学分析

为了获取转子系统不对中-碰摩耦合故障下的动力学特性,通过拉格朗日待定乘子法建立了在完整约束下滚动轴承转子系统非线性动力学微分方程,采用龙格库塔数值法研究了不对中-碰摩耦合故障下系统的动力学响应,采用时域图、轴心轨迹图、分叉图、Poincare截面图和FFT谱图分析了不对中度、碰摩刚度和碰摩间隙对转子振动响应的影响。分析结果表明:不对中度的增大会使系统1倍频振动响应增大,也会产生2倍、4倍等偶数倍频,同时出现与VC(Varying Compliance)频率之间的组合频率响应。在低转速下,碰摩刚度和碰摩间隙对转子系统的影响较小;在高转速下,较小的碰摩刚度和较大的碰摩间隙会缓解系统的非线性行为。     

内外双转子系统的支撑轴承的不对中分析

针对航空发动机内外双转子系统不对中问题,以某航空发动机转子系统为对象,运用转子动力学有限元分析方法,给出内外双转子系统中介轴承的处理方法,建立内外双转子系统动力学模型。通过数值计算,得到该双转子系统的固有频率和振型,对比分析考虑外转子(高压转子)支撑轴承不对中的转子振动响应。     

转子-滑动轴承系统动力学相似性研究

针对转子-滑动轴承系统缩比模型与原型是否满足动力学相似的问题,采用量纲分析法建立了考虑陀螺力矩和滑动轴承非线性油膜力的转子-轴承系统相似准则,确立了模型与原型各物理量相似比。理论研究表明,通过采用模化转子滑动轴承静载荷补偿措施,可使转子-轴承系统满足动力学相似要求。补偿处理后的模型和原型转子系统的临界转速、失稳转速、不平衡响应均具有相似性。并通过算例对比分析转子几何比、材料密度模化比和弹性模量模化比对轴系不平衡响应特性相似性的影响规律,验证了所推导的转子动力学相似准则的正确性。     

超静定转子系统不对中动力学的理论与实验研究

不对中是多支承转子系统最常见的故障之一,超静定转子系统(SIRS)由于结构的特殊性而对支点的不对中表现得更加敏感.航空发动机低压转子经常采用三支点支承的方式,当套齿连接结构径向定位间隙较小时,就会构成了一个含有3个弹性支承的超静定转子系统.结合力法和达朗贝尔虚功原理,推导了尾部支承不对中情况下超静定转子系统的动力学方程...     

花键连接转子系统稳定性研究

花键联轴器被广泛应用于飞机上,在涡轮端和输出组件、发电机以及发动机其他配件间传递动力。为获得花键联轴器引起的花键连接转子失稳原理,将花键力模拟成等效的刚度系数和阻尼系数,采用有限元方法建立花键连接转子模型,采用特征值方法得到花键力对花键连接转子系统稳定性影响,此外,讨论摩擦系数、负载扭矩和外阻尼对系统稳定性的影响。研究结果表明,摩擦系数和负载扭矩增加会降低系统稳定性,相反,外阻尼会增加花键连接转子系统稳定性。     

盘式分布拉杆转子系统扭转振动非线性动力学特性分析

随着燃气轮机技术的发展,盘式分布拉杆转子系统在燃气轮机等动力机械中得到广泛应用。主要研究盘式分布拉杆转子扭转振动的非线性动力学特性,通过考虑叶盘接触效应和拉杆等效简化,建立一个新的系统扭转振动方程。利用多尺度方法求解动力学方程解析解,并获得拉杆转子系统扭转振动幅频方程和解析曲线,根据奇异性理论获得系统转迁集,并利用动力学系统的扰动方程零解稳定性研究原系统的周期解的稳定特性,并发现系统动力学参数对其影响规律,并根据新模型建立实际结构参数与非线性动力学参数的联系,给出系统稳定性边界条件。分析结果对燃气轮机转子系统动力学设计具有一定的指导意义。     

含裂纹故障的航空发动机转子系统动力学特性分析

针对某含有呼吸裂纹故障的航空发动机高压转子系统,研究了系统的动力学特性。考虑裂纹转子的时变特性,推导了裂纹转子的刚度矩阵,考虑重力及不平衡激励,采用转子动力学有限元法建立了系统的动力学方程。采用谐波平衡法对方程进行近似求解,给出了不同裂纹深度下的三维幅频图,表明在临界转速和1/n(n=2,3,4)倍临界转速处均有峰值出现;分析了裂纹深度、裂纹位置对系统振动响应的影响,表明位于跨中的深裂纹影响最大;计算了系统在升速过程中的三维频谱图,结果表明二倍频、三倍频、四倍频成分明显。用Newmark-β数值方法验证了计算结果的正确性。提出的空心轴呼吸裂纹的建模方法为航空发动机转子系统裂纹故障的非线性动力学分析提供了理论指导。     

陀螺转子动力学系统的时间有限元内点法

将保辛的时间有限元法(FEM)应用于陀螺转子动力学系统,给出了陀螺转子动力学系统时间有限元法的时间单元刚度阵列式和非齐次外力的表达式,以及辛时间传递矩阵。在此基础上,提出了精度更高的时间有限元内点法(IDTFEA),该方法既继承了时间有限元保辛的优良特性,又大大提高了数值计算精度,具有非常明显的优越性。算例给出了该方法和Newmark方法的比较结果,表明该方法的优越性。     

双自由度离心振动系统的动力耦合分析

本文揭示了刚体转动对由质量和弹簧组成的双自由度振动系统的频率、模态和动力响应造成的影响,可为一般弹性体和结构的离心振动耦合动力学分析提供重要指导。离心振动系统存在两阶动频,随刚体转速的增加,第一阶动频线性减小而第二阶动频线性增加。质点的动力响应表现为质点运动轨迹的动态演化,决定于振动初始条件、刚体转速、初始偏心位置、振动刚度等四个因素。质点的运动轨迹由非偏心振动和偏心振动两部分构成,非偏心振动依赖于振动初始条件和刚体转速以及振动刚度,偏心振动取决于初始偏心位置和刚体转速以及振动刚度但与振动初始条件无关。根据对动频和质点运动的分析,提出了双自由度离心振动系统的最大刚体转速和临界转速。     

基于刚柔耦合建模的齿轮箱动力学仿真与实验研究

运用LMS Virtual.Lab建立了齿轮传动系统多刚体模型,通过仿真计算获得了齿轮副的时变啮合刚度,并与运用有限元法仿真计算得到的齿轮副时变啮合刚度进行了对比。考虑齿轮箱体柔性化,通过对刚柔耦合模型进行动力学仿真分析,在获取箱体Craig-Bampton模态的基础上,建立了箱体-轴承-齿轮耦合动力学模型。计算获取了齿轮副动态啮合力、齿轮箱体表面振动响应云图以及关键点的振动加速度、速度和位移,并开展了台架试验和验证分析。结果表明,运用刚柔耦合法仿真得到的齿轮啮合力以及齿轮箱体动态响应,其能量主要集中在齿轮啮合频率及其倍频处,运用刚柔耦合法仿真结果与实验结果在振动加速度以及振动位移方面有良好的一致性,验证了齿轮系统刚柔耦合模型的正确性。     

基于刚柔-机电耦合的机床直线电机进给系统动态性能仿真研究

以某新型直线电机驱动的车铣复合机床Z轴进给模块为研究对象,在多刚体动力学仿真模型的基础上,考虑导板柔性和结合面参数,构建了Z轴模块刚柔耦合模型,采用快速正弦扫描实验对仿真模型进行了实验验证。进一步,将直线电机伺服控制系统考虑进来,提出了一种综合考虑刚柔—机电耦合作用的数控机床进给系统动态性能研究方法,并对其进行仿真分析。仿真结果表明,机床机械结构和伺服控制系统共同对机床进给系统的动态性能产生了重要的影响。     

土-偏心结构相互作用平扭耦联反应参数分析

建立了一种土一偏心结构相互作用简化模型，研究了考虑土一结构相互作用因素后结构平扭耦联反应。采用拉格朗日能量法推导了结构的运动方程，并结合算例，用振型分解法对结构的平扭耦联反应进行了分析，讨论了扭平频率比、偏心率和土一结构相互作用影响系数对结构平扭耦联反应的影响。计算结果表明，土一偏心结构相互作用体系与刚性地基上结构有明显差别，且随着地基土的变软，这些差别更为明显。     

电磁耦合钳的校准系统

根据传输线传输的原理研制电磁钳校准夹具,并编制了校准系统控制软件,实现对电磁耦合钳的自动化校准。校准实例以及试验与原数据的比较,表明该校准系统夹具及校准系统准确、可靠。     

转子-滚动轴承-机匣耦合系统中滚动轴承故障的动力学分析

针对实际的航空发动机转子系统,建立了含滚动轴承故障的转子-滚动轴承-机匣耦合模型.在模型中,考虑了机匣运动,弹性支承与挤压油膜阻尼的作用,同时,充分考虑了轴承间隙、滚珠与滚道的非线性赫兹接触力以及由滚动轴承支撵刚度变化而产生的变柔性(Varying Cbmpliance)VC振动.在此基础上,建立了耦合系统中滚动轴承外圈、内圈及滚动体的损伤动力学模型,并运用数值积分方法进行了动力学仿真与分析.结果充分表明了本文提出的转子-滚动轴承-机匣耦合系统及滚动轴承故障动力学模型的正确有效性.     

变质量贮箱类流固耦合系统的振动响应及时频特性分析

研究了变质量贮箱类流固耦合系统的动力学特性。根据虚拟质量法,使用有限单元法构建了变质量贮箱类流固耦合系统的动力学模型,建模过程中着重考虑了质量变化对系统的影响。通过Newmark直接积分法计算出变质量贮箱时变系统的振动响应,分析了不同质量变化率对变质量贮箱系统动力响应的影响,并借助平滑伪Wigner-Ville变换获得变质量贮箱时变系统的动力响应时频谱。结果表明:由于系统质量减少,引起了系统振动频率的增大,并产生一个附加的负阻尼。这个负阻尼的大小与系统的质量变化率成正比。对比不同质量变化率和不同结构阻尼变质量贮箱的动力响应及时频特性,系统的振动频率的范围可以通过系统质量的范围确定,而且当附加负阻尼的作用超过系统结构阻尼的作用时,会使得系统的振动振幅增大,引起系统的不稳定。平滑伪Wigner-Ville变换是处理非平稳信号的一种有效工具。     

基于改进的EMD方法提取车辆-轨道垂向耦合系统动态特性

提出利用一种改进的经验模态分解（EMD）方法提取车辆-轨道耦合系统的动力学特性。该方法以改进的极值域均值代替极值点包络线的均值来提高局部均值的求解精度,以边界波形匹配预测法来抑制端点效应。基于车辆－轨道耦合动力学理论,建立客车-弹性支承块无砟轨道垂向耦合动力学模型,计算车辆-轨道耦合系统在波浪形磨损和轨道不平顺组合激励模型下的振动响应。运用改进的EMD方法对系统的振动响应进行经验模态分解,并且对轮轨力、转向架和车体加速度的本征函数进行分析和比较。研究结果表明：改进的EMD方法自适应地将振动响应分解成本征函数,能有效地提取车辆-轨道耦合系统的动力学特性。     

电流谐波与轧制力谐波协同诱发主传动多态耦合振动研究

现代大型热连轧机是一种复杂机电系统,轧机振动问题是影响轧机生产稳定的严重问题。利用扭矩遥测系统测试轧机机械传动系统扭振发现轧机主传动扭振波形及频谱中存在典型的强或弱两种振动特征。同时发现轧机在轧制过程中电机电流和轧制力存在谐波,当谐波与传动系统固有频率接近时将诱发较大的振动。为研究其机理,利用仿真技术求解了轧机主传动扭振与电流谐波和轧制力谐波激励的相关性。研究表明:随着谐波激励特征的变化,主传动扭振呈现多态强弱变化,从而为抑制轧机耦合振动提供理论依据。