感应电机定子参激弹性振动分析

针对感应电机定子在旋转磁拉力的作用下所产生的参激弹性振动问题,采用能量法建立机、电、磁多场耦联动力学模型。利用伽辽金离散得到了常微分形式的动力学模型,并应用多尺度法揭示了重要基本参数与稳定性之间的映射关系,还给出了解析形式的不稳定边界。研究结果表明,该边界与定子支撑刚度、柔度、相电流和线圈节距等机、电、磁参数有关。采用Floquét理论计算了不稳定域,并应用龙格-库塔方法求解响应,验证了解析结果的正确性。该研究结果为参数的合理选择提供了理论借鉴。     

励磁绕组短路下关键运行参数差异对汽轮发电机转子动力学特性的影响

分析了励磁绕组短路下,关键运行参数差异对汽轮发电机转子动力学特性的影响。关键运行参数包括短路程度、短路位置,以及电机负载率;转子动力学特性包括转子不平衡磁拉力激励特性、径向振动响应特性,以及转子铁芯动力学响应规律。基于柔性转子不平衡磁拉力激励与振动响应的理论分析、有限元仿真计算,以及动模试验来探索不同运行参数造成动力学特性差异的规律。结果表明：正常情况下转子不平衡磁拉力趋于零,转子振动以常规基频和定子传递过来的各偶次倍频为主;励磁绕组匝间短路下,转子不平衡磁拉力及其振动响应将产生新的奇次倍频成分,且通频振动幅值增大。随着短路程度或负载的增加,转子不平衡磁拉力与振动响应的基频将增大;短路位置越靠近大齿处,转子不平衡磁拉力与振动幅值越大;转子铁芯大齿的外表面和内槽表面边沿为动力学响应的危险位置。     

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。     

计电磁不平衡拉力的高速电主轴转子偏心特性研究

针对高速电主轴转子偏心状态产生的两种载荷-电磁不平衡拉力与离心力,据电磁理论建立电磁不平衡拉力载荷模型,理论分析两种偏心载荷幅值及频率特性;应用Timoshenko梁理论,建立耦合入轴承动态支撑刚度矩阵并以两种偏心载荷为外力的转子有限元模型;据动力学方程计算转子系统固有频率、振型,研究电磁不平衡拉力载荷与离心力载荷对转子系统动态特性影响;通过实验验证两种偏心载荷为引起高速电主轴转子振动的主要因素及转子系统一阶固有频率随转速升高而升高,实验结果与理论计算误差较小。     

应用模态分析及傅里叶变换的柔性转子无试重动平衡方法

针对旋转机械不平衡导致的振动问题,提出一种的柔性转子现场动平衡方法。其通过有限元理论建立转子系统动力学模型,并将系统运动微分方程按模态振型展开,利用FFT及IFFT变换,获取频域下不平衡载荷谱,最终识别转子不平衡状态。仿真和试验结果均表明,该方法仅需在低于临界转速的状态下采集振动响应数据,并且无需停机试重,就能准确识别转子不平衡状态,添加配重后可使转子各阶不平衡振动得到有效抑制。     

双机驱动振动系统同步运转稳定性的研究

为了,研究双机驱动振动系统同步运转的稳定性问题,建立了振动系统的动力学模型,对系统进行了非线性动力学分析.通过对系统参数进行无量纲化处理,得到了振动系统的频率俘获方程和系统实现自同步运转稳定性的条件,计算出了自同步运转的稳定域.根据自同步运转稳定性的条件和稳定域对系统进行优化设计,调整了振动系统的参数.计算机仿真结果表明振动系统实现了速度同步和相位同步,达到了稳定的自同步状态,验证了自同步运转稳定性条件和稳定域的正确性,证实了优化设计的有效性.     

空间单质体双机同轴线振动系统的自同步特性

对两偏心转子同一旋转轴线驱动振动系统的自同步特性进行了研究。首先建立了该类振动系统的动力学模型,利用拉格朗日方程推导出其运动微分方程。其次将两偏心转子的角速度和相位差进行平均,得到振动系统的稳态响应。接着由Hamilton原理推导出两偏心转子实现同步的两大条件,即同步性条件和同步运动的稳定性条件。然后根据两大条件得出振动系统具有两类工作状态的结论。最后通过试验验证了理论分析的正确性。试验结果证明了振动系统可以实现两偏心转子之间无联接轴形式的同步运动,而且在满足一定结构参数条件下,分别实现了空间0°相位差的圆周运动和180°相位差的圆锥运动。相关研究结果可以为双机同轴类振动机械的设计提供理论上的依据。     

转子系统振动特性演化规律研究

基于碰摩理论建立Jeffcott转子系统动力学模型,基于现代非线性动力学和分叉理论对转子系统进行深入分析,确定周期无碰摩响应的边界、碰摩运动的边界及其稳定性边界。对系统参数阻尼比和偏心率对转子系统振动响应特性随旋转速度演化规律的影响进行详细分析,得到不同振动响应演化方式在阻尼比和偏心率参数平面上的分布,给出各种转子系统响应特性随旋转速度的演化规律。分析结果有助于更好地理解转子系统的无碰摩周期运动、同频全周碰摩运动、局部碰摩运动、反向涡动失稳以及跳跃现象等动态响应特性和系统参数之间的关系。     

基于三维有限元模型对裂纹非对称转子振动及裂纹扩展控制研究

针对裂纹非对称转子的振动问题,运用非线性接触单元法建立了裂纹非对称转子的三维有限元模型,并采用自由界面模态综合法对模型进行降阶来缩短计算时间。通过仿真分析了相关参数的变化对主共振不稳定区域及不同裂纹位置对转子的振动特性变化等的影响,结果表明裂纹的出现会影响转子的共振频率及不稳定区域范围。同时采用模糊PID控制电磁执行器(EMA)实现对该转子系统振动的主动控制。其次,基于转子动力学理论及提出的裂纹开闭映射法研究了转速、不均匀质量和非对称转子的扁平性等参数变化对转子裂纹开闭特性的影响,提出了有效延缓裂纹扩展的方法。通过实验,利用EMA可对裂纹转子的振动及裂纹呼吸效应等均具有抑制效果,验证了控制方法的有效性。     

开闭裂纹转子的建模与弯曲刚度特性研究

利用应变能原理与应力强度理论计算了动坐标系列裂纹转子的局部柔度和弯曲刚度,研究了动坐标系开闭裂纹弯曲刚度变化率随裂纹深度的变化规律,在此基础上,借助坐标转换矩阵推导出惯性坐标系弯曲刚度的表达式,采用Fourier谐波分解法研究了惯性坐标系刚度的变化规律,并利用给出的刚度表达式直接建立了惯性坐标系开闭裂纹转子的动力学模型,得到裂纹转子系统的时变系数非线性振动方程与相应的裂纹参数激励的特性。     

不平衡磁拉力对永磁同步电主轴动态性能影响机理研究

针对由于定转子气隙偏心引起的不平衡磁拉力影响永磁同步电主轴动态性能的问题。首先分析产生不平衡磁拉力的原因,其次根据电磁理论建立电磁不平衡磁拉力载荷模型,将气隙磁导展开为Fourier级数的形式,通过对定转子表面的Maxwell应力积分得到不平衡磁拉力的非线性解析表达式。基于Ansoft Maxwell电机仿真软件,建立永磁同步电主轴的有限元分析模型,以设定的气隙偏心量模拟不平衡磁拉力造成的气隙偏心,得到电主轴动态性能曲线。仿真结果表明:由于气隙偏心引起的不平衡磁拉力,导致永磁同步电主轴齿槽转矩增大,气隙磁密幅值增大,电主轴振动加剧。     

含时滞反馈控制的直齿圆柱齿轮主共振分析

为了减小直齿圆柱齿轮系统由于外载荷波动和时变啮合刚度引起的振动,建立了直齿圆柱齿轮的时滞反馈减振动力学模型,并利用多尺度法对时滞反馈齿轮传动系统进行求解,获得了齿轮系统主共振频率响应方程,通过分析比较载荷波动、啮合刚度波动和时滞反馈控制参数对主共振的影响,可以得出:齿轮系统存在的载荷波动和啮合刚度波动都会导致齿轮系统主共振不稳定;合理匹配的时滞控制参数能够使主共振快速收敛到稳定解,反之可能导致系统振动加剧,使系统稳定性变差。     

转子轴系弯扭耦合振动的次同步谐振分析

考虑次同步谐振对汽轮发电机转子轴系的影响,建立了低压缸转子和发电机转子弯扭耦合振动系统的非线性动力学模型。质量偏心是引起弯扭耦合振动的重要因素,偏心量越大弯扭耦合越明显。应用平均法得到系统的分岔方程,通过奇异性理论分析得出：转迁集将参数平面划分为四个不同区域,在不同的参数区域内系统的运动模式不同。应用解析和数值的方法分析了系统的分岔特性比较发现：在次同步谐振作用下,仅考虑扭转振动是不全面的,应该将弯曲振动和扭转振动同时考虑更为合理。该结果可以为该系统的参数设计和故障诊断提供理论依据     

自同步振动系统的稳定性与分岔

用偏心转子相位差角微分方程代替双激振器反向回转式自同步振动系统的运动方程，讨论了系统的平衡点稳定性和分岔特性。首先，根据振动系统的运动方程推导出关于偏心转子相位差角的微分方程。然后，基于该方程建立了同步运动的必要性条件，应用Lyapunov稳定性理论，讨论系统的平衡点稳定性及其分岔特性，最后，结合仿真，考察了系统质量、刚度参数和激振器参数的影响规律。     

高速电主轴铣削稳定性研究

建立了高速电主轴轴承-转子动力学模型,并分析高转速与铣刀刀尖点处传递函数的关系,以此为基础建立高速电主轴铣削稳定性模型。以D62D24A型高速电主轴为例,针对转速对轴承动态支承刚度的"弱化"作用,计算系统第一阶径向振动固有振型,理论分析并经实验验证系统第一阶径向振动固有频率的变化趋势,并解析转速影响下的系统铣削稳定瓣图,实验验证了高转速下系统铣削稳定性能的变化趋势。     

基于流固耦合的旋翼结构振动载荷计算分析

建立旋翼结构振动载荷的流固耦合分析方法,计算分析旋翼前飞状态下的结构振动载荷,其中旋翼动力学模型中采用大变形梁模型,旋翼气动模型采用CFD模型,利用多重滑移网格技术实现旋翼变距、旋转等运动,最后采取松耦合策略集成动力学、气动模型。在结构和气动模型分别验证的基础上,通过计算SA349/2直升机桨叶在前飞状态的挥舞、摆振剖面结构振动载荷并对比飞行实测数据,验证流固耦合计算方法的准确性,同时对比自由尾迹模型计算结果,证明在旋翼结构振动载荷计算当中引入CFD方法能有效提高载荷计算的预估精度。     

不平衡磁拉力及对偏心转子系统振动的影响

研究了电机中由于相对偏心引起的不平衡磁拉力对转子系统振动的影响.首先把气隙磁导展开为Fourier级数的形式,通过转子或定子表面的Maxwell应力积分得到非线性不平衡磁拉力的解析表达式.然后代入到转子系统的运动方程中,采用隐式非线性NEWMARK积分法计算系统在不平衡磁拉力和质量偏心力作用下的动力响应,详细分析了电机参数对偏心转子系统振动的影响.研究结果为旋转机械轴系的动力分析及设计提供了理论依据.     

具有内阻的旋转锥形复合材料刀杆铣削过程稳定性的仿真分析

研究考虑材料内阻的旋转圆锥形复合材料刀杆铣削系统的再生颤振稳定性。基于复合材料粘弹性本构关系、Hamilton原理和Rayleigh梁理论，结合再生时滞铣削力模型，分别导出旋转坐标以及惯性坐标表示的颤振偏微分方程。采用Galerkin法对颤振偏微分方程进行离散化。基于自由振动分析和能量法计算复合材料刀杆的模态损耗因子；基于特征值分析技术计算旋转复合材料刀杆的临界速度和失稳阈。采用时域半离散法和频域零阶近似解法，预测切削系统的稳定性。分析锥度比、长径比、铺层角、铺层方式，以及内、外阻对切削稳定性的影响。计算结果表明，轴对称旋转刀杆铣削过程在两种坐标系下的稳定性预测结果是一致的。研究发现，在高转速下，由于旋转复合材料刀杆内阻的作用，切削系统出现新的不稳定区域。这些新的不稳定区域的起始转速等于旋转复合材料刀杆的失稳阈。     

气隙偏心下永磁电机转子系统的振动特性分析

研究气隙偏心对永磁同步电机转子系统振动特性的影响。建立了气隙偏心下转子的动力学模型,结合永磁同步电机在带负载工作下转子永磁体及电枢电流共同形成的气隙磁场分布情况,利用Maxwell应力张量法计算了气隙偏心造成的不平衡磁拉力,并代入转子系统运动方程;通过实例分析,详细讨论了不同偏心以及负载类型对转子系统振动特性的影响。结果表明：质量偏心在增大转子振动的同时会削弱不平衡磁拉力的影响,使振动趋于规则;初始静偏心的大小和方向都将影响转子振动特性,当其方向和重力方向相反,振动强度将有所减弱;当外部负载转矩发生变化,其相应谐波频率的振动将被激发出来。     

考虑不平衡电磁拉力的偏心转子非线性振动分析

水轮发电机组转子相对偏心引起的不平衡磁拉力对转子振动有较大影响。从水轮发电机转子的气隙磁场能表达式出发,推导发电机转子的电磁刚度矩阵。利用拉格郎日方程,建立了刚性和短轴承弹性两种支承方式下考虑电磁刚度的转子振动模型。利用李雅普诺夫非线性振动稳定性理论,研究了电磁刚度和轴承弹性支承对转子的临界转速和偏心力作用下的横振幅值的影响,并分析了电磁、机械、轴承等参数对临界转速的影响程度。为进一步深入研究水轮发电机组轴系统在电磁,水力和机械结构参数共同作用下的动力特性打下基础。