变支承磁悬浮转子超临界运行仿真研究

针对工业中转子系统在跨越一阶临界转速时,振动幅度过大及失稳的问题,通过对转子系统平稳跨越一阶临界转速方法的归纳和研究,提出了一种基于主动控制下的磁悬浮轴承—转子系统变支承跨越一阶临界转速的方法。首先建立了主动控制下的变支承磁悬浮转子系统数学模型,并分析了两支承转子系统和三支承转子系统跨越一阶临界转速时的响应特性;然后利用ADAMS和Matlab联合仿真了主动控制下的变支承磁悬浮转子系统跨越一阶临界转速时的振动特性。仿真研究结果表明:变支承磁悬浮转子系统在超临界运行时具有良好的减振效果,与传统两支承转子系统相比,其最大振幅减小了52.6%。     

含碰摩故障的双盘转子-滚动轴承系统动力学特性分析

考虑滚动轴承非线性赫兹接触和轴承径向间隙以及由支撑刚度变化而产生的VC(Varying Compliance,VC)振动,建立了含碰摩故障的双盘转子-滚动轴承系统动力学模型。运用四阶变步长的龙格-库塔-基尔法获得系统的非线性响应;利用分岔图、最大碰摩力曲线、频谱图以及Poincaré截面图分析系统随转子转速的变化规律;应用简单胞映射方法研究分岔图在发生跳变时系统的吸引子共存问题。分析结果表明:随着转子转速的增加,系统将出现周期运动、拟周期运动和混沌运动;分岔图在发生跳变时,系统存在周期一和周期三吸引子共存现象;该分析结果对系统在不良参数区域时,通过合理控制系统的初值条件而获得理想的系统响应具有重要意义。     

不同起点位置对滑动轴承转子系统稳定性影响

基于非线性油膜力模型的滑动轴承转子系统稳定性分析方法,建立非线性油膜力模型,采用有限差分方法求解Reynolds方程,从而求得油膜力,获得轴承轴心轨迹与临界转速,分析由于不同起点位置对滑动轴承转子系统的稳定性影响。结合实际工况,科学选取了11个不同的转子起点位置,通过求得其一系列临界转速,获得此11个不同起点生成的临界稳定性运行参数Op曲线图,通过对其纵向对比、横向对比和综合分析表明:转子在距离稳定运转时的轴心位置越近的起点启动转子,越有利于系统的稳定。     

垂直轴磁悬浮风力机辅助支撑系统转子临界转速研究

基于转子动力学理论,建立垂直轴磁悬浮风力机辅助支撑系统的动力学模型。应用ANSYS Workbench有限元分析软件建立垂直轴磁悬浮风力机辅助支撑系统的轴承-转子-磁力盘有限元模型。应用模态分析的方法,研究了辅助轴承的安装位置对垂直轴辅助支撑系统转子临界转速的影响。给出了辅助轴承的位置与垂直轴辅助支撑系统转子临界转速的变化规律。为研究垂直轴磁悬浮辅助支撑系统的结构设计以及安装维护提供了理论依据。     

考虑端齿连接的转子-滚动轴承系统非线性振动特性研究

为了研究滚动轴承支撑下端齿连接转子系统的接触效应，采用三维有限元与解析法相结合推导了端齿连接刚度矩阵，建立了端齿连接转子-滚动轴承系统动力学模型，并通过Ansys验证了模型的有效性。通过与连续转子对比发现，端齿结构使转子一阶临界转速降低了5%,振幅增大了3%,非线性分岔趋势与连续转子大致相同。然而，端齿接触特性使转子明显地提早进入和离开拟周期运动，在分析含端齿结构的转子振动特性时应考虑接触效应。在转速超过15 900 r/min时，转子系统做稳定的单周期运动，运行平稳，可作为工作转速合理设计阈值。研究可为含端齿结构转子系统非线性振动特性预测和工作转速设计提供分析方法和设计思路。     

系统参数对平行转子—轴承系统强迫振动的影响

研究了齿轮参数、齿轮位置及传递功率对临界转速的数量,分布及其对应的对数衰减率的影响,提出了用最小对数衰减率作为衡量系统跨越临界转速的能力的指标,通过研究发现,在齿轮耦合的转子－轴承系统中,临界转速非常密集,在系统达到工作转速之前,必须跨越许多临界转速;合理地选择系统参数,可使最小对数衰减率增大,使系统表现出较强的阻尼特性,有利于系统跨越临界转速。     

三自由度齿轮转子系统的周期运动及其稳定性

研究了含间隙三自由度的齿轮转子非线性系统的周期轨道及其稳定性。采用有限差分法近似代替非光滑系统的Jacobi矩阵,改善了CPNF法在求解非线性动力学时需要系统必须光滑的缺陷。改进后的CPNF法对算例的计算结果与数值积分结果比较验证了其有效性。在给定参数下采用改进后的CPNF法研究了齿轮转子系统的共存的周期运动,并判断了各周期的稳定性;通过延续追踪法判断了不同转速下系统周期轨道的稳定性;研究了齿轮转子系统随无量纲转速变化的分岔特性。结果发现,齿轮转子非线性系统在某些参数组合下多个稳定和不稳定周期轨道共存;转速在1.54~1.42变化时,齿轮转子系统通过倍周期分岔的形式最终通向混沌运动。     

基于ANSYS的大型屏蔽电机泵转子系统建模及动力学分析

基于ANSYS建立了大型屏蔽电机泵转子系统的有限元模型,通过模态分析和谐响应分析研究了陀螺效应对转子系统临界转速和质量不平衡响应的影响。分析结果表明:陀螺效应对临界转速计算结果影响较大,转子动力学分析时应考虑陀螺效应;考虑陀螺效应后,转子系统临界转速大于设计临界转速;各测点质量不平衡响应一次共振峰值小于横向振动设计限制;叶轮中心和上、下飞轮中心振幅远大于其它位置振幅,为易振动部位,实际运行中应重点选择这些位置进行振动监控。     

滑动轴承转子系统非线性动力学稳定性研究

采用多尺度法研究了滑动轴承刚性平衡转子系统临界点的稳定性。研究发现，滑动轴承在其线性失稳转速上发生Hopf分岔，系统是发生超临界Hopf分岔还是亚临界Hopf分岔取决于系统参数的设计。给出了通用的公式和程序，为滑动轴承的非线性动力学设计及性能预测提供了有利的工具。     

不平衡磁拉力作用下裂纹转子系统的分岔

针对大型旋转机械转子系统机电耦合具有强非线性特征的问题,根据磁拉力与转子偏心的关系,推导出不平衡磁拉力(Unbalanced magnetic pull,UMP)的解析式,建立UMP作用下裂纹转子—轴承系统的动力学模型,并采用数值积分方法研究此类裂纹转子的分岔与混沌特性.通过分岔图、Poincaré图和频谱幅值图分析UMP和裂纹深度对转子运动的影响,结果表明:UMP使转子系统随速度变化的典型动力学响应有所提前,振幅增大,幅值谱图中出现了连续幅值较大的谐波分量;随着裂纹深度的不断增加,转子系统在亚临界转速区出现了短暂的混沌运动,在临界转速附近的混沌区域不断减小,其混沌特征有所变化,且进入混沌区域的倍周期分岔运动基本消失,而在超临界转速区则出现了较长的周期7运动.研究结果为深入解析机电耦合转子系统故障机理提供有益的理论参考.