转子挤压油膜阻尼器减振效率的理论研究

针对如何有效降低滚动轴承-转子系统振动幅值的问题,将挤压油膜阻尼器-滚动轴承-双盘转子系统作为研究对象,以雷诺方程、动压润滑理论、短轴承假设、油膜力周向边界条件、非线性赫兹接触理论等为基础,建立转子系统动力学方程,运用Newmark-β迭代数值求解方法结合Newton-Raphson迭代来求解转子系统相应节点的激励响应结果,分析该转子系统非线性动力学特性,从轴心轨迹图和时域曲线图两个方面对比有无挤压油膜阻尼器转子系统的位移响应,从理论角度对转轴振动能量被鼠笼支撑及挤压油膜部分有效吸收的程度进行研究,并对转子系统0～10 000 r/min转速区间下不同阻尼器参数情况下的减振效率进行考量,研究发现转子系统在转速相对较低时减振效果不佳,并分析其原因,研究结果可为转子系统挤压油膜阻尼器的结构参数设计提供理论依据。     

挤压油膜阻尼器对滑动轴承-转子系统的影响

建立了转子-挤压油膜阻尼器-滑动轴承系统的动力学计算模型,分析了挤压油膜阻尼器对滑动轴承-转子系统的强迫振动的影响、挤压油膜阻尼器的刚度和阻尼搭配关系以及转子-挤压油膜阻尼器-滑动轴承系统的自由振动稳定性问题。研究结果表明,合理的外弹性支承可以使系统的振幅得到有效控制,而且也提高了系统的稳定性;如要减小系统的振幅可以通过一个低的支承刚度和一个合适的阻尼来实现。在小的支撑刚度的情况下,存在一个很宽的支承阻尼域,此域可以获得低幅值的不平衡响应。     

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。     

鼠笼式弹性支承-圆柱滚子轴承-转子系统振动分析

考虑圆柱滚子轴承非线性接触力、保持架能量、鼠笼刚度、转子不平衡以及它们之间的力学耦合关系,基于拉格朗日方程建立鼠笼式弹性支承-圆柱滚子轴承-单转子系统动力学分析模型,结合龙格库塔数值积分方法,并对该模型动力学仿真分析,分析了不同转速区域鼠笼式弹性支承-滚动轴承-转子系统振动响应的分岔特性,结果表明:两支点的鼠笼式弹性支...     

转子系统非协调进动在波德图中的响应分析

为了研究带挤压油膜阻尼器的转子系统其非线性振动在Bode图中的响应,建立了挤压油膜阻尼器与转子系统的耦合动力学模型。结合庞加莱图、分岔图、频谱图以及轴心轨迹图等,开展研究。结果表明,转子系统在接近二阶临界转速时,转子振幅明显增加,转子系统进入非协调进动状态,此时在Bode图上表现为"双峰值"现象。通过改变油膜间隙或者滑油粘度,可以改变转子系统非协调进动转速的范围,但是在Bode图上的双峰值现象仍然比较明显。而采用带浮动环的挤压油膜阻尼器,不但可以有效地抑制转子系统的非协调进动响应,而且在Bode图使得转子系统的二阶临界转速处振动幅值明显减小,"双峰值"现象消失。     

滚动轴承转子系统的非线性动力学特性分析

接触非线性和间隙非线性耦合导致滚动轴承 转子系统表现出复杂的动力学特性 ,在工作转速范围内系统会产生分岔混沌振动 ,从而影响系统工作的稳定性和可靠性 ;在计及轴承接触非线性和径向间隙的条件下 ,建立了滚动轴承支承的水平刚性转子系统的非线性动力学模型 ,用数值积分方法得到系统在不同参数域中的相图、轴心轨迹、频谱图及Poincar啨映射图 ,研究了系统响应随转子转速的变化趋势。结果表明 :轴承的径向间隙是决定轴承 转子系统动态响应的一个重要参数。随着间隙的增大 ,混沌响应区变宽 ,轴承的动态刚度减小 ,故在设计滚动轴承 转子系统时 ,应对径向间隙进行优选。     

ISFD抑制密封-转子系统流体激振的实验研究

为了改善密封-转子系统流体激振问题,提出了一种结构新颖的整体式挤压油膜阻尼器(ISFD).基于ISFD建立了密封-转子系统的动力学模型,并搭建了该系统的实验台,探究了ISFD对转子动力学特性的影响规律;对比了一定工况条件下,刚性支承和ISFD支承密封-转子系统的振动幅值变化;分别开展了不同转速和不同偏心率条件下,密封-...     

转子—滚动轴承—机匣耦合系统的不平衡/松动耦合故障非线性动力学

建立含转子不平衡/松动耦合故障的转子-滚动轴承-机匣耦合系统动力学模型.在模型中,考虑转子不平衡和轴承座松动故障的耦合、滚动轴承间隙、滚动轴承滚珠与滚道的非线性赫兹接触力以及由滚动轴承支撑刚度变化而产生的变柔性振动.运用数值积分方法获取系统响应,并利用振幅-转速曲线、分叉图、相平面图、频谱图、Poincaré断面图和轴心轨迹图研究系统的分叉与混沌运动,分析旋转速度、轴承座质量、转子偏心量、轴承座与机匣间的连接刚度以及机匣与基础间的连接刚度对系统响应的影响,得到了在不平衡/松动故障耦合下的转子-滚动轴承-机匣系统动力响应规律.     

含Alford力的非线性转子-滚动轴承系统动力分析

将非线性滚动轴承力模型与Alford力模型相结合,建立了转子系统的动力学模型,并研究了Alford力和非线性滚动轴承力共同作用下转子系统的非线性动力学特性。其中,将滚动轴承的实际接触角考虑进滚动轴承的模型中,并将改进后的滚动轴承模型与已有的结论作比较,达到了较好的一致性,说明用该模型来分析转子系统的动特性是可行的。继而针对角速度等因素对耦合系统动态响应的影响进行了仿真计算,给出了系统响应随转子角速度变化、滚动轴承间隙变化和转子偏心变化的分岔图,以及一些典型的Poincare截面映射图和功率谱图。数值仿真表明,在Alford力与滚动轴承力的共同作用下,系统呈现了复杂的动力学行为,产生了周期、拟周期和混沌等丰富的振动现象。     

挤压式磁流变液阻尼器--转子系统的动力学特性与控制

用磁流变液代替常规挤压油膜阻尼器的润滑油,可制成阻尼特性受磁场控制的挤压油膜阻尼器,用于转子系统的振动控制。依据Bingham模型推导了磁流变液挤压油膜的雷诺方程及其解的表达式,给出了油膜流速、压力分布、油膜反力和阻尼器内磁拉力等的计算公式;以磁流变液阻尼器—刚性转子系统为例,理论分析了挤压油膜的力学特性和转子系统的不平衡响应特性;设计和制造了一种用于转子振动控制的挤压式磁流变液阻尼器;试验研究了支承在该阻尼器上的单盘偏置柔性转子系统的不平衡响应特性和控制方法。研究表明,磁拉力可降低一阶临界转速和临界振幅;油膜反力可降低转子系统在无阻尼临界转速处的振幅,并使一阶有阻尼临界转速增大;通过开关控制能使阻尼器具有最佳的减振效果,使转子振幅在全转速区达到最小。     

SFD作用下故障转子系统动力学特性及混沌控制

考虑挤压油膜阻尼器(squeeze film damper,简称SFD)作用,研究碰摩故障及不对中-碰摩耦合故障下系统动力学特性及SFD对系统混沌运动控制。基于Lagrange方程,建立不对中-碰摩耦合故障下SFD-转子-滚动轴承系统动力学模型,采用龙格库塔法对模型求解,并利用分岔图、Poincaré图、频谱图等进行对比分析。研究结果表明:合理油膜间隙下的SFD能有效抑制系统非协调响应以及振动幅值,使故障转子系统的混沌运动控制在稳定周期轨道上;过小的油膜间隙会形成很强的非线性油膜支反力,产生非协调频率成分,使稳定周期系统重返混沌状态;随着油膜间隙减小,SFD对不对中故障产生的典型2 X,3 X,4 X和5 X频幅值具有不同影响,其中2 X频幅值变化明显,3 X和4 X频幅值变化微弱,5 X频幅值基本不变。     

基于胞映射算法的转子-挤压油膜阻尼器系统多目标优化设计

将挤压油膜阻尼器设计与转子动力学相结合,使用胞映射方法对定心式挤压油膜阻尼器进行多目标优化设计。阻尼器设计参数为阻尼器径向油膜间隙以及定心弹簧刚度。综合考虑了阻尼器的触底现象、转子系统的动力学响应及稳定性,使用多目标优化设计方法以达到抑制转子过临界转速振幅及支撑外传力的目的。针对所得帕累托集合,对所得全局最优解集进行试验验证,结果表明：该最优解集所得设计变量可满足设计需求,可有效地应用到阻尼器的设计过程。     

Analytical study on effect of a circumferential feeding groove on unbalance response of a flexible rotor in squeeze film damper

Of recent years, a series of researches have shown that a circumferential feeding groove of squeeze film damper (SFD) has evident effect on fluid film forces in SFD. Therefore, the feeding groove also affects dynamic responses of a rotor in SFD. Present work studies the effect of the feeding groove on unbalance response of a flexible rotor in SFD based on new film force models that include effects of the feeding groove and fluid inertia on dynamic characteristics of the fluid film in SFD. Compared with the published work, unbalance responses predicated under considering effect of the feeding groove on the dynamic characteristics in SFD are small, and rotor speed region for unbalance responses with multiple solutions is different, affecting the stability of a rotor system. And the effect of the feeding groove on the unbalance response is related to action of fluid inertia.     

Analytical study of the effect of a circumferential feeding groove on the unbalance response of a rigid rotor in a squeeze film damper

In recent years, a series of researchers have shown that a circumferential feeding groove of a squeeze film damper (SFD) has an evident effect on the forces of fluid film in SFD. Therefore, the feeding groove also affects the dynamic responses of a rotor in SFD. The present work studies the effect of the feeding groove on the unbalance response of a rigid rotor in a squeeze film damper based on the film force models that include effects of the feeding groove and fluid inertia on dynamic characteristics of the fluid film in SFD. Comparisons with the published work show that the feeding groove increases the orbit radius of rotor whirling and affects the unbalance response of a rotor system. The effect of the feeding groove on the unbalance response is also related to the action of fluid inertia.     

柔性转子滚动轴承系统混沌行为研究

研究了滚动轴承支承的柔性转子系统的混沌行为。考虑空间Euler-Bernoulli杆单元、刚性圆盘、圆柱滚子轴承非线性接触力、不平衡力,使用有限单元法建立了柔性转子轴承系统的非线性动力学方程组。根据FPA修正法确定求解周期,采用Runge-Kutta法、Newton-Raphson法求解非线性动力学方程组,用获得的系统最大Lyapunov指数判断系统的混沌行为。以某滚子轴承柔性转子系统为例,研究了该类转子系统在径向间隙、不平衡力、转轴刚度比对柔性转子系统混沌特性的影响规律,发现随着轴承径向间隙的增大,系统的混沌区间逐渐增大、变多。不平衡力的存在使得系统混沌的转速及范围变大。随着刚度比增大,振幅峰值及对应的转速均逐渐增大,系统混沌区间也增多,轴承非线性振动对柔性转子系统非线性行为的影响逐渐增强。     

Optimal design of nonlinear squeeze film damper using hybrid global optimization technique

The optimal design of the squeeze film damper (SFD) for rotor system has been studied in previous researches. However, these researches have not been considering jumping or nonlinear phenomena of a rotor system with SFD. This paper represents an optimization technique for linear and nonlinear response of a simple rotor system with SFDs by using a hybrid GA-SA algorithm which combined enhanced genetic algorithm (GA) with simulated annealing algorithm (SA). The damper design parameters are the radius, length and radial clearance of the damper. The objective function is to minimize the transmitted load between SFD and foundation at the operating and critical speeds of the rotor system with SFD which has linear and nonlinear unbalance responses. The numerical results show that the transmitted load of the SFD is greatly reduced in linear and nonlinear responses for the rotor system.     

滚动轴承支承的柔性转子系统的非线性动力学分析

研究滚动轴承支承的柔性转子系统的非线性动力学特性。建立柔性转子系统的有限元模型,研究不同轴承间隙系统的稳定性及分岔行为。在转子系统中考虑Hertz接触力,以及由转子质量偏心引起的不平衡力,用数值积分的方法得出系统间隙量在不同区域内的轴心轨迹、Poincaré映射图以及时域图。研究结果表明:在间隙较小时,系统表现出丰富的非线性现象,随着间隙的增大,系统的失稳区域也随之增大。     

The effect of speed of balanced rotor on nonlinear vibrations associated with ball bearings

The paper deals with the structural dynamic response of rotor supported by ball bearings. The mathematical model takes into account the sources of nonlinearity such as Hertzian contact force, surface waviness, varying compliance and internal radial clearance resulting transition from no contact to contact state between rolling elements and races. In terms of the feature that the nonlinear bearing forces act on the system, a new reduction method and corresponding integration technique is used to increase the numerical stability and decrease computer time for system analysis. The effects of speed of balanced rotor in which ball bearings show periodic, quasi-periodic and chaotic behavior are analyzed. The results are presented in the form of time displacement responses, frequency spectra and Poincarè maps. It is implied from the frequency spectra that peak amplitude of vibrations appear at the varying compliance frequency.     

非线性挤压油膜阻尼器-转子系统周期解的分叉及稳定性分析

应用油膜力数据库方法获得非线性油膜力 ,采用非线性动力系统的稳定性及分叉理论对非线性挤压油膜阻尼器 转子系统非线性动力特性、非协调运动及周期解分叉的稳定性进行了分析。揭示了SFD 转子系统在特定参数范围内存在系统亚谐波、概周期和混沌等非协调运动 ,及从同步周期运动分叉发生一系列倍周期运动、最后导致转子 轴承系统混沌运动的过程。数值计算得到了SFD 转子系统发生周期解分叉时的分叉点、分叉图及周期解分叉而失稳的 3种情况 :即鞍结分叉、Hopf分叉及倍周期分叉。最后采用Floquet理论对SFD 转子系统的稳定性进行了分析。研究结果为实际SFD 转子系统的设计和研究提供了理论依据。