负载激励下采煤机永磁电机转子系统弯扭耦合振动分析

为分析不同负载激励对电机转子-轴承系统弯扭耦合振动特性的影响,以采煤机永磁电机转子系统为例建立电磁激励下的电机转子-轴承系统,并将负载激励考虑到偏心转子模型中。利用Lagrange方程推导了负载激励条件下转子系统的弯扭耦合动力学方程并基于Runge-Kutta法进行数值仿真,重点分析了不同负载激励下电机转子系统的弯扭耦合振动特性。仿真结果表明,负载激励会加剧转子偏心程度,但对转子弯曲振动的频率响应影响较小,振动响应主要由转频分量决定;而负载扰动对转子系统扭转振动响应具有不同的效果,不仅在扭振响应中激发出相应的频率成分形成多周期运动,还会明显增加扭振角幅值(0.001 rad),振动响应主要由扰动频率和二倍转频分量决定。此外,负载激励中的低频成分将激发出较大的扭转振动响应(0.03 rad),加速传动系统的疲劳损坏,影响转子系统的安全稳定运行。研究结果可为采煤机转子系统主动减振策略研究提供参考。     

轮轨接触弹性约束下动力轮对转子系统振动特性分析

轮对柔性、旋转陀螺效应及其约束弹性是准确评估高速运行环境下动力轮对转子系统振动特性的关键。为此，系统开展了轮轨接触弹性约束下典型高速列车动力轮对转子系统的弯曲-扭转-轴向振动特性研究。首先，采用铁木辛柯柔性梁转子有限元理论建立了高速列车动力轮对转子系统的弯扭轴动力学方程，并分别采用刚度影响系数法和能量法推导了一种可以反映等效圆锥车轮踏面与钢轨接触特性的线性化轮轨接触单元；然后，编制了相应的MATLAB计算程序，并与建立的等效ANSYS模型作对比，验证了自编程序的正确性；其次，基于自编程序设计了四种模态模型，即弯曲模型、弯扭模型、弯轴模型和弯扭轴模型，详细对比分析了四种模型振动特性的异同和参数影响规律；最后，讨论了几种典型外部激励下动力轮对转子系统的共振稳定性。结果表明：弯扭轴模型的模态结果能够涵盖其他三种模型的所有模态信息，且模态数据保持一致；由轮轨接触刚度导致的轮对约束弹性(即支承刚度)在纵向和垂向差异显著，使轮对转子系统的1阶和2阶正涡动弯曲模态推迟出现在更高阶固有频率段，且相应的涡动轨迹呈现明显的扁平状；所讨论的典型外部激励中存在较多的能够诱发动力轮对转子系统发生共振的激励频率，...     

转子弯扭耦合振动共振特征分析

转子存在偏心距时,弯曲振动和扭转振动之间会相互作用产生弯扭耦合振动。目前对弯扭耦合振动的研究主要集中于其非线性特征,针对共振振幅大小和共振影响因素等共振特征的研究却比较少见。在实际的结构设计工作中,有时要利用耦合共振获取更大的振幅和振动能量。所以有必要从共振特征入手,对转子的弯扭耦合振动开展进一步的研究。首先建立偏心转子的弯扭耦合振动模型,使用小参数法对振动方程求解。其次分析扭转振动、弯扭振动产生耦合共振的条件,详细比较各振型共振振幅的大小和各参数对共振振幅的影响。然后以具体的算例,对各参数对弯扭耦合共振振幅大小的影响进行数值模拟,计算各阶共振振幅的大小,给出具有最大共振振幅时的参数条件,验证理论分析,为弯扭耦合振动的研究工作提供思路和依据。     

双转子-中介轴承系统非线性振动特性

针对航空发动机双转子-中介轴承系统建立了简化动力学模型,考虑了中介轴承分数指数非线性、径向游隙和参数激励等非线性因素,以及高低转子系统的双频不平衡激励。采用数值积分方法求解获得系统的非线性振动响应,发现高低压转子分别通过系统一阶临界转速时引起的主共振附近转速区域内均存在振动突跳和双稳态现象,并分析了偏心距、转速比、中介轴承刚度、滚子数目及径向游隙对系统振动突跳与双稳态特性的影响。结果表明:减小转子偏心距能有效降低相应的共振峰峰值并抑制振动突跳行为,但双稳态区间会变宽;提高高低压转子的转速比将引起两个共振峰间距变大,但共振峰对应的转速之比约等于转速比;在一定范围内增大中介轴承刚度、增加滚子数目或减小径向游隙均可使双稳态区间变窄。研究成果有助于认识中介轴承的本质非线性特性对双转子系统非线性振动特性的影响,为提高航空发动机转子系统的运行稳定性提供了一定的理论指导。     

大型椭圆振动筛空心裂纹转轴非线性振动特性分析

裂纹产生对振动筛转轴振动特性有很大影响,对其展开研究至关重要。对振动筛空心裂纹转动力学特性进行研究,考虑振动筛振动形态,建立受非线性涡动影响的空心裂纹转轴弯扭耦合动力学模型,分析裂纹深度、振动筛振幅对转轴系统振动特性的影响,转轴转速引起的系统分叉与混沌特性,结果表明,裂纹存在不仅会导致响应中高倍频的产生,而且裂纹深度越大,各倍频幅值越大,增幅明显;振动筛振幅大小对系统主频分量影响最大;转轴系统随着转速增加,系统会出现比较复杂的非线性振动特性。     

动静偏心电磁激励下水电机组碰摩转子-轴承系统弯扭耦合振动特性分析

基于对同时考虑定转子间动、静偏心不平衡磁拉力模型的构建,建立了电磁激励下水电机组碰摩转子-轴承系统弯扭耦合振动非线性动力学方程,采用数值分析方法研究了质量偏心、励磁电流和气隙动静偏心参数变化对系统动态响应的影响,并与仅考虑广义气隙偏心影响下机组碰摩弯扭耦合振动模型进行了对比。结果表明,随着质量偏心的增大,系统弯扭耦合作用明显增强。动、静偏心的加入显著改变了系统动态特性,周期7及周期10等新的运动特征得以显现。此外,动、静偏心对系统动态响应的表现形式影响存在明显不同。相比于静偏心,以诱发一倍转频电磁激励成分为主的动偏心故障更容易使机组产生较大振动,甚至造成全周碰摩情况发生,需要引起足够的重视。     

分布式摩擦激励下轴系振动研究

针对含水润滑橡胶轴承轴系在摩擦激励与弯扭耦合作用下产生自激振动并诱发异常噪声、而常用的点支承模型无法用于分析轴承分布支承力及轴承倾斜等因素对轴系振动影响,采用分布式轴承支承模型及速度依赖型Stribeck摩擦模型,利用拉格朗日方程及模态展开法建立摩擦激励下轴系动力学模型。用数值仿真研究轴系非线性振动与系统物理参数间关系,探讨接触力、转速、轴承倾斜等因素对轴系响应特性影响。结果表明,在相同摩擦系数、接触力、转速条件下轴承倾斜会使轴系更易产生自激失稳。     

轴承/密封耦合作用下流体激振特性研究

以转子—轴承—密封系统为对象,建立轴承/密封耦合作用对系统动力特性影响的有限元模型。分别应用有限差分和CFD方法对轴承、密封动力特性系数进行求解。理论研究表明密封对转子不平衡响应的影响主要集中在共振区域。通过在密封入口引入负预旋可以提高系统的稳定性,密封气流力对系统稳定性影响随转速的升高也越来越大。通过选择合适的轴承型式可以补偿密封气流力对系统稳定性带来的不利影响。试验发现随着转速增加,试验转子在5 000 r/min附近时开始出现比较明显的半频分量,而且随着转速继续增加,半频分量的幅值变大。密封流体激振力的存在促进轴承内油膜失稳故障发生,影响系统稳定性。     

高速齿轮转子系统弯扭耦合振动研究

针对实际高速齿轮转子系统,建立了考虑齿轮啮合及扭转作用的弯扭耦合非线性振动模型,推导了不平衡转子弯扭耦合振动的动力学微分方程,通过数值仿真方法得到了工作转速下齿轮转子系统弯扭耦合振动的特征图形,得出齿轮啮合、扭转作用下的齿轮转子系统弯扭耦合振动的特征,研究了偏心距、齿轮啮合刚度等参数对系统振动响应的影响规律,为齿轮转子耦合系统的结构优化设计、诊断和安全经济运行提供一定的理论依据.     

考虑多间隙的齿轮柔性转子耦合系统非线性动力学分析

考虑齿侧间隙、轴承径向间隙,推导时变啮合刚度和时变轴承刚度,使用有限元法建立质量、刚度、阻尼矩阵并使用整体法组装,建立能够适用于复杂载荷的齿轮滚动轴承柔性转子系统非线性动力学模型。使用FPA修正法确定求解周期,采用Runge-Kutta法、Newton-Raphson法对非线性动力学方程组求解,求解最大Lyapunov指数判断系统的动力学行为。对动力学方程进行数值仿真,研究转速、齿侧间隙、转轴刚度、轴承径向间隙等参数对非线性动力学行为的影响。研究结果表明,随着齿侧间隙增大,齿轮系统会出现脱齿和挤齿现象,临界转速附近由拟周期运动进入混沌运动。随着转轴刚度降低,弯扭耦合振动临界转速减小,脱齿、挤齿和冲击现象逐渐减轻。随着径向间隙增大,轴承的非线性振动对系统的影响逐渐增大,轴承变刚度激励的幅值增大。     

间隙对齿轮-转子-轴承系统弯扭耦合振动的影响分析

综合了动态侧隙、齿面摩擦、齿轮偏心及时变啮合刚度等因素,建立了齿轮-转子-滚动轴承系统的弯扭耦合非线性动力学模型,通过分析动态侧隙及轴承间隙对系统的影响来探究轴承端与齿轮端振动之间的耦合作用关系。结果表明:相对于无间隙系统,动态侧隙下轴承端的径向振动在高速区较为强烈,而齿轮的扭转振动在整个转速区幅度较大,随转速变化时系统提前通过非线性跳跃进入主共振区。动态侧隙的改变对轴承端的振动影响不大,但对扭振作用明显;轴承间隙的大小对系统径向和扭转振动有着显著影响,随着轴承间隙的变化,两者的时域特征及频谱存在着规律性的变化;另外,轴承间隙直接影响着动态侧隙的大小。分析结果对含间隙齿轮转子系统的研究具有重要的理论与工程价值。     

完整约束下齿轮啮合转子系统的弯扭耦合振动稳态响应

在不脱齿等基本假设下，根据齿轮啮合原理和轮齿的齿面方程，推导了齿轮形心的横向位移和齿轮扭转角之间的约束关系式，从Lagrange方程出发，同时考虑齿轮啮合和不平衡效应，建立了直齿齿轮啮合转子-轴承系统的弯扭耦合动力学模型。分别在质量偏心和扭转激励作用下，分析了系统的弯扭耦合振动稳态响应。结果表明：两者均会引起弯曲振动和扭转振动，并且响应的幅值与系统的参数有关。     

柔性转子受简谐扭矩激励时的涡动

本文导出了考虑弯扭耦合振动时多圆盘转子的非线性运动微分方程,用多尺度法得出了一阶和二阶渐近解。分析说明当圆盘受简谐扭矩激励时,系统会出现组合共振,且给出了区分稳定和不稳定解的分界线。     

车辆传动系统线性弯扭耦合振动响应灵敏度研究

由于车辆上采用的发动机工作转速较宽,无法完全避免共振现象的发生。针对上述问题对车辆传动系统动态特性的分析从固有特性的分析转移到动力响应的分析上来,并衍生出基于动力响应的灵敏度分析。以某车辆传动系统作为研究对象,建立了线性弯扭耦合集中参数动力学模型及方程。应用直接求导法建立了灵敏度方程,进行了响应灵敏度计算,分别研究设计参数对扭转方向的力矩和弯曲方向上力的影响,获得了轴段附加扭转力矩和轴承支反力对设计参数的灵敏度,并将同一灵敏度量在纯扭和弯扭系统下的结果进行对比。研究表明:弯扭模型计算出的响应灵敏度值比纯扭模型的计算结果小10%~20%,但规律趋于一致;弯曲方向上的力和扭转方向上的力矩对设计参数的灵敏度与该位置的振动能量大小相关,能量越大其对同一参数的灵敏度也越大。     

齿轮-转子-轴承系统弯扭耦合非线性振动特性研究

针对存在不对中因素的花键联轴器齿轮-转子-轴承系统,考虑齿轮啮合力和花键联轴器啮合力的影响,引入轴承非线性赫兹力,建立齿轮-转子-轴承系统动力学模型,推导了弯扭耦合振动的动力学微分方程。通过进行数值仿真求解,结合随轴承非线性参数变化的分岔图等,研究了啮合频率、滚子数目和轴承游隙等参数对系统振动响应特性的影响规律,为齿轮转子耦合系统参数选择、诊断和安全运行提供了理论依据。     

裂纹转子弯扭耦合振动非线性特性分析

以非线性涡动影响下的水平Jeffcott裂纹转子为研究对象,分别建立了刚性支承的纯弯曲振动、弯扭耦合振动和轴承支承的弯扭耦合振动三种运动微分方程,针对三种模型,分析了裂纹转子系统响应的分叉与混沌特性。数值计算结果表明： 较大时,三种模型下的弯振分叉图均呈现出复杂的非线性特性,尤其在 附近,各种周期、拟周期和混沌响应交替出现,阵发性特点非常明显,系统由拟周期路径通向混沌。模型1、2的弯振分叉图特性基本相似,模型3则具有更为复杂的非线性特性。模型2、3的扭振分叉图与各自的弯振分叉图极为相似,且非线性特性也基本相同。分析结果有助于更充分了解裂纹转子的动力学特性。     

不平衡转子系统弯扭耦合振动的特征信息提取与应用

转子系统振动特征信息的研究有利于深入地进行转子系统的结构设计分析和运行状态监测。以水平放置的Jeffcott转子为研究对象，建立了不平衡转子系统的弯扭耦合振动的非线性运动动力学方程，采用Fourier变换进行不平衡转子系统的弯扭耦合振动分析，能够有效地获取不平衡转子系统弯扭耦合振动特征信息。针对DH-63空气透平压缩机高速转子的异常振动，理论计算与测试分析提取的特征参数表明高速转子存在不平衡弯扭耦合振动，指导维修成功地解决了异常振动问题。     

摆线钢球行星传动系统参数振动特性研究

摆线钢球行星传动系统为多自由度的参数振动系统,其时变啮合刚度激励会对系统的动态特性产生较大影响。该文首先综合考虑时变啮合刚度及轴承支承刚度等影响因素,建立了摆线钢球行星传动系统的平移-扭转耦合动力学模型,并推导出系统的动力学方程。然后将动力学方程转换为正则模态方程,并利用多尺度法对系统进行动力稳定性分析,推导出系统的组合共振频率及稳定性条件。最后利用摄动法计算出系统的稳态响应。研究结果表明:当偏心轴的输入转速接近和型组合共振频率时,系统将发生参数共振;当偏心轴的输入转速接近差型组合共振频率时,系统总是稳定的;系统的稳态响应中包含多种组合频率成分,并表现出多频响应叠加的特性。     

非线性油膜力作用下叶片-转子-轴承系统弯扭耦合振动特性研究

建立了叶片-转子-轴承系统模型,并分析了考虑非线性油膜力作用下系统的弯扭耦合运动。为了考虑叶片弯曲变形的影响,将叶片模化为悬臂梁结构,利用假设模态法进行离散求解,通过Lagrange方法建立系统的运动方程,运用Runge-Kutta法对所得动力学方程进行数值求解,最终通过对分岔图、三维谱图、相图和Poincaré映射的分析,得到了叶片-转子-轴承系统中蕴含的各种复杂非线性动力学行为。通过与不考虑叶片的转子-轴承系统进行比较,指出叶片的弯曲振动使系统的不稳定区域提前,并在某些转速下激起系统的混沌运动。     

齿轮-转子-轴承系统弯扭耦合非线性振动特性研究

针对存在不对中花键联轴器齿轮-转子-轴承系统,考虑齿轮啮合力和花键联轴器啮合力的影响,建立齿轮-转子-轴承系统动力学模型,推导了弯扭耦合振动的动力学微分方程。通过进行数值仿真求解,结合随参数变化的分岔图和对应的相图及庞加莱截面图,研究了啮合频率、偏心距、花键联轴器静态不对中等参数对系统振动响应特性的影响规律,为齿轮转子耦合系统参数选择、诊断和安全运行提供了理论依据。