转子系统支承松动的分岔特性与故障诊断

滚动轴承转子系统支承松动故障是旋转机械故障中常见且危害较大的故障,针对滚动轴承转子系统支承松动故障,考虑轴承松动间隙的非线性情况,以转子动力学、Hertz理论和非线性动力学理论为基础,建立含支承松动的转子系统动力学模型.通过数值仿真研究转子系统在松动间隙扩展时显示的分岔和混沌运动等复杂动力学现象及变化规律,研究表明,支承松动的转子系统在较低的转速和较小的间隙下也会出现混沌运动.这些结论为该类故障的工程诊断提供依据.     

弹性支承双跨碰摩故障转子系统非线性特性

建立了弹性支承双跨碰摩及油膜故障20自由度转子系统的非线性动力学模型,并进行了数值分析.与刚性支承情况进行了对比,再用仿真试验进行了验证.结果表明,该系统具有明显的混沌特性,且碰摩间隙对弹性支承的非线性特性影响十分明显.弹性支承的转子系统比刚性支承非线性明显增强,混沌区域增大,实际工程中不容忽视.同时,仿真试验结果与数值分析结果基本一致,表明了数值分析结果的可靠性.     

双跨转子系统支承松动的动态特性及故障特征研究

建立带有支承松动故障的具有三轴承支承双跨弹性转子—轴承系统非线性动力学模型,对其复杂的运动特性进行数值研究,分析松动质量对系统非线性特性的影响和故障特征。研究结果表明,在高转速区,支承松动质量对系统运动特性有显著影响,特别是混沌和周期3分频运动;松动端轴颈的运动轨迹呈现出特有的形状。研究结果为有效识别转子—轴承系统的支承松动故障提供一定参考。     

600 MW汽轮发电机组转子-轴承系统的动力学研究

应用非线性动力学理论,对含摩擦的600 MW汽轮发电机组转子-轴承系统模型进行了综合的分析和研究。通过对积分得到的Poincaré映射图、相图以及轴心轨迹图的分析,发现发电机组转子在不同工作状态下,具有周期、拟周期、混沌运动交替出现的现象;和其它一些系统一样,也具有通向混沌的倍周期道路、拟周期道路和阵发性混沌道路;在不同的混沌区域内,吸引子表现为不同的形状。揭示了转子偏心距对系统复杂运动的影响和其它参数的变化使系统运动进一步复杂化等现象。     

挤压油膜阻尼器-滚动轴承-转子耦合系统的非线性响应分析

为了研究转子系统非线性动力学响应,建立了挤压油膜阻尼器-滚动轴承-转子耦合系统动力学模型。在转子系统模型中,考虑了转子、滚动轴承及挤压油膜阻尼器之间的相互耦合作用,并充分考虑了滚动轴承的间隙、非线性赫兹接触和挤压油膜阻尼器非线性油膜力等。运用数值积分方法分析了转子转速、支承刚度以及挤压油膜阻尼器油膜间隙对系统动力响应的影响,并结合分岔图、频谱图、Poincaré映射图和轴心轨迹图分析了转子系统的非线性动力学响应。结果表明:转子系统当转速较高、支承刚度较大或挤压油膜阻尼器油膜间隙较大时,转子系统容易出现拟周期运动。     

带有间隙支承的CT机回转系统的非线性动力学

将全身ＣＴ机的机械回转系统简化成一个刚性转子系统，该系统的静子与支承之间存在间隙。首先对其非线性振动响应进行了解析分析，然后用数值方法研究了间隙、偏心和回转角速度等参数变化所导致的系统分岔和混沌运动的特征。     

滚动轴承支承下的不平衡转子系统非线性动力响应分析

建立了滚动轴承支承下的转子系统非线性动力学模型。在滚动轴承模型中,充分考虑了滚动轴承的间隙、滚动轴承的滚珠与滚道的非线性赫兹接触力及由滚动轴承支撑刚度变化而产生的VC（varying compliance）振动,在转子系统中考虑了由于转子质量偏心而产生的不平衡力。运用数值积分方法获取了系统的非线性动力响应,分析了转子旋转速度、滚动轴承间隙对系统动力响应的影响,并运用分叉图、相平面图、频谱图及Poincaré映射进行了系统分叉与混沌特征分析,发现了通往混沌的倍周期分叉、拟周期环面破裂和阵发性分叉途径。     

纺纱绽子动态特性的研究

用近代非线性动力学理论分析了纺纱锭子的动态特性。用数值方法得到转子系统在某些参数区域内的轴心轨迹图、Poincare映射图和分岔图等。讨论了系统各种形式的倍周期、拟周期和混沌运动。分析结果为定性地改善转子系统的稳定运行状态，提供了理论依据。     

轴向槽气体润滑轴承-转子系统非线性行为

基于非线性理论,分析了气体动压轴承-转子非线性动力系统的不平衡响应.建立了与时间相关的非线性气体动压轴承的压力分布模型和气体动压轴承-刚性Jeffcott转子系统的动力学模型.运用微分变换法求解了动压气体润滑的Reynolds方程,得到了非线性气膜压力分布.运用分岔图、轨迹图、Poincaré映射图及频谱图研究了三轴向槽有限宽气体轴承支承的非线性转子系统的不平衡响应.数值结果表明,系统的非线性行为包括周期运动、周期二运动、周期四运动、周期八运动及混沌运动等.     

相对速度对转子碰摩运动特性的影响

采用库伦摩擦和非库伦摩擦两种摩擦力模型,分析转子系统碰摩分叉与混沌动力学行为,比较采用两种摩擦模型分析结果,找到转子系统通往混沌的道路.以转速为分叉参数,结合Poincaré截面图、波形图、相平面图、轴心轨迹图、功率谱图和自相关函数图,分析系统运动状态.分析结果表明,采用库伦摩擦和非库伦摩擦两种摩擦力模型,采用不同参数值的非库伦摩擦力模型,转子系统响应均有明显不同;以转速为分叉参数时,转子系统经历数次从混沌到周期解再到混沌、再到周期解的过程,即混沌与周期运动交替出现.转子系统通向混沌的道路主要是倍周期分叉;转子实验台碰摩实验结果表明,采用非Coulomb摩擦模型模拟实际转子系统比较符合实际情况.     

松动对碰摩转子-轴承系统非线性特性的影响研究

在同时考虑轴承油膜力和碰摩发生时转子与定子之间的相对滑动速度对非线性摩擦力的影响基础上,构造了含有松动和碰摩故障转子系统的动力学模型,对转子 轴承系统由松动和碰摩耦合故障导致的非线性动力学行为进行了数值仿真研究,发现该类系统在运行过程中存在周期运动、拟周期运动和混沌运动等丰富的非线性现象,研究结果为转子 轴承系统故障诊断、动态设计和安全运行提供了理论参考。     

松动-碰摩耦合故障转子系统振动特性分析

针对动态油膜力下带有支座松动 碰摩耦合故障的转子 轴承系统的非线性动力学模型,采用数值模拟等方 法,考察其随转速比变化及改变最大松动间隙值时发生松动和碰摩故障的分岔与混沌特性,并分别与相同参数条件 下带有支座松动故障的转子系统和碰摩故障转子系统进行比较,得到如下结论:该耦合故障系统中碰摩与松动故障 主要发生在主共振区、油膜振荡区及转速比大于3.4的转速范围内,发生碰摩故障时系统运动多为混沌运动;随着 松动最大间隙值的减小,碰摩的转速范围越来越大,而发生松动的转速范围越来越小;两种故障的产生相对独立。     

高速碰摩转子的复杂动力学行为分析

应用非线性动力学现代理论对建立的碰摩转子模型进行了研究 ,结果表明 ,随着转速的提高 ,系统具有拟周期、周期、混沌运动交替出现的现象 ,且在不同的混沌区表现为不同的吸引子 ,高维拟周期轨道在 Poincare截面上表现出特殊的封闭形式。同时还揭示了阻尼对系统复杂运动的抑制作用和非线性刚度使系统运动进一步复杂等现象。这些现象对准确诊断碰摩故障、减小系统故障发生率和提高系统动力学特性都有重要意义     

支承松动的质量慢变转子系统混沌特性研究

建立了带有支承松动故障的质量慢变转子系统的动力学模型，利用数值积分和Poincare映射方法，对该转子系统由于支承松动故障而导致的动力学行为进行了数值仿真研究。给出了系统响应随转子转动频率变化的分岔图、最大Lyapunov指数曲线图、典型的Poincare截面图和幅值谱图等，以及质量慢变系数对系统响应影响的分岔图。结论表明：转子的横向均为多周期运动，纵向响应几乎均为混沌运动；随着转动频率的增加，转子的振动幅度出现波动，而在2倍固有频率处达到极小值；质量变化幅值系数的增加致使混沌运动的频率区间增大等。     

质量慢变转子-滚动轴承系统的支承松动故障分析

根据转子动力学、非线性动力学及Hertz理论,建立了带有一端支座松动故障的滚动轴承—质量慢变转子系统的非线性动力学模型。通过数值积分和Poincare映射方法对其非线性动力学行为进行了数值仿真研究,给出了系统响应随转子转动频率变化的分岔图和一些典型的轴心轨迹图及Poincare截面图,分析了转动频率对转子系统动力学行为的影响。结论表明,转子系统在滚动轴承、支承松动和质量慢变的同时作用下具有复杂的动力学行为,转子系统的起始松动频率为0.6倍的固有频率,转子的周期运动均为多周期运动,转子圆盘和松动质量的运动特性均不稳定等。     

松动-裂纹耦合故障转子系统的非线性响应

基于现代非线性动力学和转子动力学理论,采用Newmark-β法和Poincaré映射对裂纹和一端支座松动耦合故障转子系统进行了数值模拟研究,给出了系统响应随转速比、松动质量和裂纹深度变化的分岔图,分析了一些主要参数变化的影响以及典型的Poincaré截面图。研究发现,系统存在拟周期环面破裂、阵发性分岔和多倍T周期运动失稳进入混沌三条混沌道路。这些结论为旋转机械的故障诊断提供了理论基础和参考。     

A novel nonlinear model of rotor/bearing/seal system and numerical analysis

A novel nonlinear model of rotor/bearing/seal system based on the Hamilton principle is proposed for steam turbine systems in power plants. The Musznyska model and unsteady bearing oil-film force model were applied to describe the nonlinear steam excitation force and oil-film force. The Runge-Kutta method was used to solve the motion equation of the rotor/seal/bearing system. The dynamic characteristics of the rotor/bearing/seal system were analyzed with bifurcation diagrams, time-history diagrams, trajectory diagrams, Poincare maps and frequency spectrums. The numerical analysis indicates that the seal force and the oil-film force influence the nonlinear dynamic characteristics of the rotor system. With the increase of rotation speed, the rotor system exhibits rich forms of periodic, double-periodic, multi-periodic, quasi-periodic and chaotic motion. The combined impact of steam excitation force and bearing oil-film force may cause a severe vibration which seriously affects the safety and stability of the rotor. The presented model provides a theoretic foundation for further research on the ultra-supercritical steam turbines.     

含松动与碰摩的转子-轴承系统非线性行为分析

以含松动与碰摩的转子-轴承系统为研究对象,采用一种新的短轴承非稳态油膜力公式和非稳态油膜转子-轴承系统碰摩的刚性约束非光滑模型建立系统的动力学方程,利用4阶Rounge-Kutta法求解非线性动力学方程,运用Mat-lab对系统进行数值模拟,通过分析相图、分岔图、Poincare截面图以及幅值谱图,得出系统丰富的非线性特性。结果表明含松动与碰摩的转子-轴承系统在工作转速较低时,轴承支座作微幅振动,随着转速增加,振动幅度也增加,在高速运转下系统处于混沌运动状态;含松动与碰摩的转子-轴承系统中松动端轴承支座在拟周期和混沌运动状态下的轴心轨迹松散,呈“柱状”结构,而未松动端在相同状态下轴心轨迹图结构紧凑,由此可以判断转子-轴承系统的松动故障。     

高速列车滚动轴承支承松动系统动力学特性研究*

作为列车走行部的关键零部件,轴箱滚动轴承支承松动故障会直接影响到车辆的运行平稳性。针对高速列车滚动轴承内圈与轴颈配合的松动问题,提出一种车体-构架-悬挂-滚动轴承-轮轨的垂向耦合动力学模型,并采用优化的四阶Runge-Kutta数值积分及试验方法,研究不同松动间隙、不同行驶速度下,高速列车滚动轴承支承松动系统的非线性动力学特性。结果表明：理论计算与试验结果较吻合,松动间隙的大小对未松动侧轴箱的振动响应影响不大,但对松动侧轴箱的振动响应有较大影响,且可使得系统的运动状态由近拟周期运动发展为混沌运动。列车低速行驶时松动侧轴箱振动幅值和振动速度均比高速行驶时更大,轴箱振动响应的低频成分只与行驶速度有关,不随松动间隙的改变而改变。