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。     

双跨碰摩转子-轴承系统非线性动态响应与混沌

在同时考虑轴承油膜力和碰摩发生时转静件间的相对速度对非线性摩擦力的影响基础上,构造了双跨碰摩弹性转子-轴承系统动力学模型。对系统单盘和双盘碰摩的非线性动力学响应进行了数值仿真研究,发现该类系统在单盘碰摩时进入混沌的道路是倍周期分岔,离开混沌的道路为倍周期倒分岔,混沌运动区域为一体;双盘同时碰摩时,混沌运动区域中出现了2个明显的独立混沌岛。偏心量的增大,会使得系统响应更加不稳定。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。     

裂纹-碰摩转子-轴承系统周期运动稳定性

建立了含有裂纹-碰摩耦合故障转子轴承系统的动力学模型,利用求解非线性非自治系统周期解的延拓打靶法和F loquet理论,研究了系统周期运动的稳定性。发现碰摩转子-轴承系统在不同的转速下会发生鞍结分岔、倍周期分岔和Hopf分岔等现象,裂纹-碰摩耦合故障转子-轴承系统具有不同于单一故障的独特的动力学特性。研究结果为转子-轴承系统故障诊断和安全运行提供了一定的参考。     

不同轴承支撑下碰摩转子系统的动力学特性

研究了不同类型轴承支撑下的转子碰摩故障振动特征。首先,采用了计及回转效应、剪切效应及横向扭转的梁单元建立了实验装置转子的有限元分析模型;然后,通过二维计算流体力学方法得到不同类型轴承的动力学参数;最后,在此基础上,结合非线性动力学理论,分析比较了转子在圆柱轴承、可倾瓦轴承等5种轴承支撑下的碰摩非线性动力学行为。研究结果表明：在椭圆轴承、五瓦轴承和四瓦可倾瓦轴承支撑下,系统主要表现为同频周期运动;而对于圆柱轴承和四油叶轴承支撑,系统会出现较复杂的运动。本研究工作是对之前转子碰摩非线性动力学研究的扩展,所得计算结果可为大型高速旋转机械系统动态设计制造和碰摩故障的诊断和控制提供理论参考。     

挤压油膜阻尼器长径比对风车碰摩转子系统动力学特性影响

为了研究挤压油膜阻尼器长径比对转子系统风车定点碰摩动力学特性的影响,搭建了转子-轴承-刚性机匣系统风车不平衡模拟碰摩实验台,简化实验器得双盘-滚动轴承转子模型,在实验之前对双盘-滚动轴承转子风车状态下定点碰摩故障动力学响应特性进行研究,为实验做出相应的预估。将双盘-滚动轴承转子系统碰摩模型简化为集中质量模型,基于达朗贝尔原理建立了考虑非线性油膜力、碰摩力以及支承轴承力作用的双盘-滚动轴承转子系统碰摩非线性动力学运动方程,采用四阶Runge-Kutta法对动力学运动方程进行求解,分析了系统响应位移随挤压油膜阻尼器长径比的变化规律。结果表明:长径比是影响转子系统运动状态的敏感参数,若增大长径比,转子系统运动状态先后经历混沌运动、周期运动、拟周期运动和混沌运动,之后一直维持在混沌运动状态;随长径比增大,转子系统抗失效不平衡量呈现先增大后缓慢减小的趋势;长径比在0.4时,转子系统抗振性能最优。     

不对称润滑对碰摩转子-轴承系统的动力学影响

在考虑非线性油膜力的基础上,建立了具有碰摩故障的转子-轴承系统的动力学模型。用数值方法研究了在非线性油膜力作用下具有碰摩故障的转子系统的动力学特性,并研究了当改变其中一个支承轴承润滑油的粘度时,转子系统的动力学特性。研究发现,随着一轴承润滑油粘度的降低,转子系统亚临界角速度区的混沌区域和拟周期区域扩大了。该结果为采用不同粘度润滑剂的转子-轴承系统的优化设计、安全运行和故障诊断等提供了一定的理论参考     

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。     

双跨松动—碰摩转子—轴承系统周期运动稳定性

建立带有支承松动—碰摩耦合故障的具有三轴承支承的双跨弹性转子系统的动力学模型,利用求解非线性非自治系统周期解的延拓打靶法和Floquet理论,研究系统周期运动的稳定性及失稳规律。双跨松动转子系统以鞍结分岔形式失稳,双跨碰摩转子系统则以Hopf分岔形式失稳,松动故障对松动—碰摩耦合故障转子—轴承系统稳定性的影响起主要作用,系统以鞍结分岔的形式失稳;在不同转速下,耦合故障转子—轴承系统会出现鞍结分岔、Hopf分岔和倍周期分岔等多种分岔形式。研究结果为有效识别转子—轴承系统的基础松动故障提供一定的参考。     

气浮轴承支撑下裂纹-碰摩转子系统动力学分析

建立了带有裂纹和碰摩耦合故障的气浮轴承支撑的弹性转子系统的动力学方程。将打靶法思想与四阶龙格库塔法结合,对转子系统由于气膜力、裂纹和局部碰摩故障导致的非线性动力学行为进行了数值模拟,借助分岔图、相图、Poincare映射和频谱图分析了转子系统的运动形态。研究结果表明,随着系统参数的变化,在特定的参数组合下系统存在周期、拟周期和混沌等复杂的非线性动力学现象。     

双跨转子-轴承系统裂纹-碰摩耦合故障的稳定性

建立带有裂纹-碰摩耦合故障的具有三轴承支承的双跨弹性转子系统的动力学模型,利用求解非线性非自治系统周期解的延拓打靶法和Floquet理论,研究系统周期运动的稳定性及失稳规律.双跨裂纹转子系统以倍周期分岔形式失稳,双跨碰摩转子系统以Hopf分岔形式失稳,当裂纹较小时,裂纹-碰摩耦合故障转子-轴承系统以Hopf分岔形式失稳;随着裂纹深度的加大,其影响逐渐显现,系统以倍周期分岔形式失稳,且失稳转速降低;耦合故障转子系统响应谱上存在半倍工频成分的整数倍频率成分.研究结果为转子-轴承系统耦合故障诊断和安全运行提供了参考.     

Dynamic characteristics of multi-degrees of freedom system rotor-bearing system with coupling faults of rub-impact and crack

Extensive studies on rotor systems with single or coupled multiple faults have been carried out. However these studies are limited to single-span rotor systems. A finite element model for a complex rotor-bearing system with coupled faults is presented. The dynamic responses of the rotor-bearing system are obtained by using the rotor dynamics theory and the modern nonlinear dynamics theory in connection with the continuation-shooting algorithm（commonly used for obtaining a periodic solution for a nonlinear system） for a range of rub-impact clearances and crack depths. The stability and Hopf instability of the periodic motion of the rotor-bearing system with coupled faults are analyzed by using the procedure described. The results indicate that the finite element method is an effective way for determining the dynamic responses of such complex rotor-bearing systems. Further for a rotor system with rub-impact and crack faults, the influences of the clearances are significantly different for different rub-impact stiffness. On the contrary, the influence of crack depths is rather small. The instability speeds of the rotor-bearing system increase due to the presence of the crack fault. The results obtained using the new finite element model, presented for computation and analysis of dynamic responses of the rotor-bearing systems with coupled faults, are in accordance with measurements in experiment. The formulations given can be used for diagnosis of faults, vibration control, and safe and stable operations of real rotor-bearing systems.     

吴消元法在转子动力学研究中的应用

以转子一轴承系统中短轴承的转子涡动，具有非线性支撑的柔性Jeffcott转子模型的周期响应为研究对象，对吴消元法在转子动力学研究中的应用作了初步探索。将吴消元法的特征列思想和Maple软件的符号计算机功能相结合，实现了对短轴承涡动参数的解析计算及对柔性Jeffcott转子模型周期响应的解析分析，在此基础上对Jeffcott转子的动态特性作了进一步的分析。     

Stability of periodic motion on the rotor-bearing system with coupling faults of crack and rub-impact

A dynamic model was set up for the rotor-bearing system with coupling faults of crack and rub-impact. Using the continuation-shooting algorithm for periodic solution of nonlinear non-autonomous system, the stability of the system periodic motion was studied by the Floquet theory. The saddle-node bifurcation, periodic-doubling bifurcation and the Hopf bifurcation were found. There are peculiar dynamic characteristics of the rotor-bearing system with coupling faults of crack and rub-impact that differs from single fault. The conclusions provide theoretic basis reference for the failure diagnosis of the rotor-bearing system with coupling faults of crack and rub-impact fault.     

Dynamics analysis of a cracked dual-disk over-hung rotor-bearing system

A dynamic model of a dual-disk vertical over-hung rotor-bearing system is developed, taking into account nonlinear oil-film force. Its dynamic behaviors are investigated by numerical Runge-Kutta method. Its bifurcation and chaos characteristics are analyzed with crack fault and without crack fault. By analyzing the bifurcation plot, Poincare section plots and amplitude spectra, we found that the crack greatly influences the dynamic characteristics of the rotor-bearing system. Because of the strong effect of the nonlinear oil-film force and crack to the system, 1/2 times, 1/3 times frequency components appear in the response spectrum map. The results may bring up theoretical references for fault diagnosis of rotor-bearing systems. __________ Translated from Journal of Vibration Engineering, 2005, 18(1) (in Chinese)     

非稳态油膜力作用下非线性刚度转子系统的碰摩故障分析

研究了在非稳态油膜力作用下非线性刚度转子系统发生碰摩时的振动问题。建立了非稳态油膜力作用的非线性刚度转子一轴承系统碰摩模型，应用数值分析的方法对其进行研究。通过Poincare截面图、轴心轨迹图、波形图和频谱图，直观地显示了系统在某些参数域中的运动状态。发现了由于油膜力作用出现油膜涡动和反向涡动现象以及倍周期分岔、概周期和混沌等复杂的动力学行为。数值分析结果为该类转子一轴承系统的设计和运行状态控制提供了理论参考。     

不对称润滑工况下碰摩转子-轴承系统的动力学分析

在考虑非线性油膜力的基础上，建立了具有碰摩故障的转子一轴承系统的动力学模型。研究了具有碰摩故障的转子在两支承轴承使用相同和不同粘度润滑剂时的动力学行为，发现随着一端轴承润滑油粘度的降低，转子的混沌区域和拟周期区域扩大了。该结果为采用不同粘度润滑剂的转子一轴承系统的故障诊断提供了依据。