基于弹性波传播特性的变截面转轴横向裂纹检测方法

转轴不同的受力条件使裂纹具有不同的裂纹模式,在利用弹性波传播特性对横向裂纹进行检测时需要考虑裂纹模式的影响。在不同裂纹模式下推导得出裂纹的局部柔度系数,随后建立不同的裂纹模式下弹性波的传递矩阵,搭建转轴裂纹试验台,分析出其裂纹模式为模式Ⅲ,同时定性分析裂纹深度对转轴中弹性波传播特性的影响。试验结果验证了理论分析出的裂纹模式的正确性,而裂纹深度主要影响弹性波阻带带宽和中心频率。研究结果可为变截面转轴裂纹模式的选取提供参考,也为横向裂纹的检测提供了一种方法。     

转子系统盘轴松动故障动力学建模和仿真研究

现有的松动故障动力学特性研究主要集中在非转动部件的配合松动上,而转动部件松动故障却忽略了。针对此不足,采用Hertz接触理论,建立了盘轴碰摩模型和盘轴松动转子系统的动力学模型,并进行了仿真研究。讨论了转轴转速、盘轴弹性模量、盘轴间隙、转轴阻尼、转盘阻尼、转动阻尼、转盘初始转速对转盘运动状态的影响以及转盘振动特性、盘轴位移差的变化和盘轴运动轨迹。结果表明:转轴转速、盘轴弹性模量、盘轴间隙、转轴阻尼、转盘阻尼、转动阻尼、转盘初始转速对转盘运动状态有明显的影响;在某些转速下,拍振现象会出现在转轴的波形中,其原因可能是由盘轴碰摩或者盘轴碰撞所导致,在频谱图中会出现二倍频、三倍频等高次谐波成分,随盘轴转速差的增大,高倍频的频率也会增多;当转盘转速趋于平稳时,盘轴位移差也会趋于平稳;锯齿现象会出现在转轴转盘运动轨迹中,盘轴摩擦力方向的改变会造成锯齿方向不确定,且转盘的锯齿现象表现更加明显。研究成果对盘轴松动故障的动力学特性研究具有重要的参考价值。     

基于临界转速与振型相似的涡轴发动机模拟转子实验台设计方法

针对涡轴发动机由于燃发转子零部件多、转速高、流固热耦合导致振动特性复杂,难以通过整机试验揭示振动特性机理的问题,在结构相似的基础上,采用相似设计基本理论,提出通过各阶临界转速之比相等和振型相似的涡轴发动机模拟转子实验台的设计方法.首先阐述了相似设计理论并推导出转子系统质量、刚度和固有频率之间的相似关系表达式.然后以某型涡轴发动机燃发转子模拟实验台设计为例,在其工作转速的基础上,依照各阶临界转速之比相等与振型相似的设计原则,对涡轮盘、转轴、弹性支撑等模拟转子结构件进行反求等效设计,从而构建出同原型机动力学特性相似的模拟转子有限元模型,分析其前3阶临界转速及对应的振型,与原型机相应临界转速值最大误差为3.5％.最后通过试验测试该模拟转子实验台临界转速与振动响应,验证了该相似设计方法的正确性.该方法可拓展到类似转子结构的设计过程.     

周期弹簧振子结构振动带隙理论与实验研究

无限周期弹簧振子结构具有和声子晶体类似的振动 (弹性波 )带隙特性 ,即带隙频率范围内的振动 (弹性波 )无法在该结构中进行传播。本文首先计算了无限周期弹簧振子结构振动 (弹性波 )带隙 ,进而采用数值方法对有限周期弹簧振子结构的振动传输特性进行了仿真计算 ,最后对双质量周期振子结构进行了试验验证。理论计算结果、仿真结果和试验测试结果相互吻合 ,即在带隙频率范围内的振动在频响曲线上有较大衰减     

转轴动力学特性对离心泵压力脉动的影响分析

对于电动泵的研究而言，离心泵、转轴和电机应视为一个完整的系统来分析。若忽略了设备间的相互影响，单独对系统中的某一设备进行分析计算将可能无法通过仿真模型计算得到实验过程中出现的所有频率成分。本文建立了包括电机、转轴和泵在内的多场耦合仿真模型，用于分析轴在扭转方向的动力学特性对泵运行状态的影响。首先，建立了电机与水泵的仿真模型，并用转轴将其联系起来，实现系统的耦合仿真模拟；然后，计算了电机、转轴和水泵在相互作用影响下的转速波动情况和泵出口的压力脉动情况。结果表明，系统中不同设备间的转矩和转速是相互联系的；转轴同时连接着电机与水泵，其扭振特性也会在水泵瞬时转速的频率成分中体现；水泵运行转速的波动会进一步影响其壁面压力脉动的特性，最终可能导致在泵壳的振动信号中出现与水泵自身无关的频率成分。     

阶梯轴中扭转弹性波传播理论及轴系扭振动力响应计算

以工程中常见的多级阶梯轴连续模型为研究对象,利用弹性波传播理论,对于某轴段在一均布扭振激励力矩作用下的整个轴系的扭振响应进行了研究,通过建立各轴段的波动方程组,利用边界条件,实始条件及在变截面处的反射,透射现象,得到了各个轴段中的行波沿轴向传播的表达形式;利用数值迭代方法可求得任一截面上的扭振动力响应。以汽轮发电机组轴系为对象,进行了扭振动力响应计算的研究,并与其它方法进行了比较。     

高速飞轮试验机电主轴运转性能的试验研究

绍了一种高速飞轮试验机电主轴,研究了电主轴在通过4阶临界转速过程中的的振动情况。提出一种利用弹性支承的轴承支承方式,对比轴系分析结果和单径向弹性与轴径双弹性支承条件下的主轴振动可知．弹性支承对轴系的临界转速影响较小,但可以减小振动,并且轴、径双向弹性支承比纯径向支承振动更小。     

阶梯轴中扭转弹性波主动控制研究

从一维扭转波动理论入手,就阶梯轴中变截面界面上扭转弹性波的反射和透射关系建立起了各轴段的扭转振动响应的数学表达式。并基于位移响应为目标控制函数,对二次源、误差传感器的布置位置进行了优化设计。从理论上模拟了主动控制效果。并对一个一级梯轴进行了弹性波主动控制的试验研究。结果表明,对于复杂的阶梯轴形式,采用简单的单一控制源和单一误差传感器的控制形式就能取得良好的控制效果。     

周期弹簧振子结构振动带隙及隔振特性研究

无限周期弹簧振子结构具有和声子晶体类似的振动(弹性波)带隙,带隙频率范围内的振动(弹性波)在该结构 中无法进行传播。在计算无限周期弹簧振子结构振动(弹性波)带隙的基础上,采用数值方法计算并讨论了有限周 期弹簧振子结构的振动传输特性及隔振特性,最后以双质量周期弹簧振子结构为例,对其振动传输特性及隔振特 性进行了试验验证。     

周期结构细直梁弯曲振动中的振动带隙

通过将声子晶体中的周期结构思想引入到细直梁的结构设计中,构造了一种二组元变截面周期结构细直梁。采用平面波展开法计算了无限周期条件下该细直梁弯曲振动中的弹性波能带结构。计算结果表明,在该细直梁中存在振动带隙。晶格尺寸、材料组分比、截面尺寸对振动带隙的影响也进行了讨论。采用有限元法计算了有限周期的细直梁的振动传输特性,计算得到的振动传输特性曲线上的频率衰减范围与平面波计算得到的带隙位置基本吻合。最后以有机玻璃及铝构成的细直梁为例,采用振动试验对其振动传输特性进行了测试。试验结果同理论计算及仿真结果基本吻合。梁类结构是噪声及振动控制领域研究的主要对象之一,周期结构细直梁中存在弯曲振动带隙为梁类结构的减振提供了一种新的思路。     

弹性支承下三瓣波滚道圆柱滚子轴承振动特性研究

基于滚动轴承动力学理论,建立了弹性支承下三瓣波滚道圆柱滚子轴承动力学微分方程组,采用预估-校正变步长积分算法对其进行求解,研究了弹性支承件的结构参数和轴承工况参数对三瓣波滚道圆柱滚子轴承径向振动的影响。结果表明:弹性支承件的沟槽数、梁厚及过渡角对该轴承径向振动的影响较为显著,而沟槽间隙对其径向振动的影响较小;在一定的载荷和转速范围内,弹性支承件可有效降低轴承的径向振动,选用沟槽数较少的弹性支承件可实现在较大转速和载荷范围内降低该轴承振动的目的;在定冲击载荷范围内,弹性支承能有效降低轴承振动。     

激光测量大型转轴动载波动系数原理

为能够对大型复杂旋转机械转轴动态载荷特性进行在线监测,给出一个表征转轴动载特性的参量——动载波动系数KID。应用动力学理论推导出动载波动系数KID测量模型的数学表达式,该式表明测得转轴转速波动值即可求得KID值。基于激光多普勒技术,提出一种直接提取动载波动系数KID的激光测量方法。通过构造光学测试系统测量相邻时刻转轴轴段两端面的瞬态转速,得到轴段转速波动值及两端面相对转速波动值,代入KID测量模型,能够直接得到动载波动系数KID值,从而实现对转轴扭振强度的实时监测。通过试验验证了该方法的可行性,结果表明,动载波动系数KID较好地反映了转轴的动态载荷波动特性,能为工程中大型复杂旋转机械转轴动态扭振监测提供新方法。     

应用LabVIEW高速搅拌轴状态信号特性分析

搅拌轴高速旋转,为整机的动力输入源,容易发生故障,通过状态信号监测迅速排除故障具有重要意义。根据高速旋转搅拌轴和整个装置的结构特点,设计状态信号监测系统,对关键位置点进行检测。应用小波分析技术对搅拌轴状态信号监测系统进行分析,基于LabVIEW虚拟仪器测试系统搭建状态信号试验测试平台;采用压电加速度传感器获取轴承座的竖直、水平方向及搅拌轴输入端的振动信号;利用平台对状态信号进行分析,进行自功率谱、共振解调和小波分解等分析处理;通过信号分析,检测搅拌轴轴承状态及不平衡或不对中现象,并对转轴的转速选择进行检验。分析结果可知：设备总体运行正常,个别搅拌轴有轻微不平衡或不对中现象;减速电机采用悬置增加了转轴的振动,同时也影响到整个塔身的振动;在转速选择上搅拌轴目前选择的转速偏低,转动过程中不能完全甩起搅拌链,为通过增加转速来提高脱硫塔的运行效率提供了有效依据。分析方法和分析结果为此类研究提供参考。     

水润滑橡胶轴承特性仿真与试验研究

为研究水润滑橡胶轴承特性,采用软件仿真与试验相结合的方法对轴承偏心率、摩擦因数、橡胶变形量、最小水膜厚度、长径比和水膜压力等参数及其与轴转速和载荷之间的关系进行深入探讨。应用Pro/E软件分别建立了轴承及其间隙的3D模型,并采用流固耦合方法及气穴模型在ANSYS和Fluent软件中对轴承动态特性进行模拟。为获得实际工况下的橡胶轴承径向截面全周连续水膜压力分布,研究轴承润滑状态,采用特殊的转轴设计,将压力传感器安装在轴端,并应用无线测试技术对水膜压力信号进行采集与传输。给出水润滑轴承试验台、转轴设计与传感器布置方案,最后应用无线测试系统对八纵向沟槽水润滑凹面橡胶轴承的水膜压力进行测试,并与仿真结果比较分析。研究结果表明,多沟槽凹面橡胶轴承不存在全周完全连续水膜,处于混合润滑状态;沟槽对水膜压力分布的影响较大;轴承某些板条上会出现水囊,形成明显的压力双峰;降低转速或者增加载荷都会增大橡胶变形量与轴承摩擦因数,引起轴与轴承接触。长径比越大,轴承越不容易与轴发生接触。     

基于视觉位感条纹的转轴裂纹缺陷检测

裂纹缺陷是转轴系统中常见的故障形式,裂纹的呼吸效应会改变转轴的动态特性,使转轴的径向振动信号中出现倍频分量。提出一种基于单目视觉位感条纹振动测量原理的转轴裂纹缺陷检测新方法,可实现转轴振动信号的高效测量和裂纹缺陷的快速检测。分析了含裂纹转轴系统的动力学方程,并系统描述了单目相机成像条件下采用位感条纹图案实现转轴径向二维振动测量的原理,建立了成像位感条纹动态编码参数与转轴径向振动位移之间的数学模型。通过与传统基于两路电涡流传感器测量系统的试验对比分析,验证了本方法测量结果的精确性。分析转轴系统在不同转速下径向振动中的频率分量,当转速接近1/2临界转速时,2倍频信号非常明显,且其幅值接近转频幅值,可实现对于转轴系统中裂纹缺陷的有效检测。     

声波在结构变形时传播的谐波级数研究

在基于波在弹性结构中的传播和振动分析的基础上,对声波传播时结构元素的应力和应变的变化进行了分析。根据波在结构中传播时应力和应变变化的平衡关系,通过分析求解相关的关系式,得到结构中声波传播时谐波级数波的数值解,为设计声音辐射和传播选择最优的方法。     

基于声波传播的结构阻抗研究

从结构的振动和力学分析在实际生产过程中的应用出发,基于波在弹性结构中的传播和振动分析的基础上,建立波在弹性结构中传播的力学平衡方程,提出了阻抗和迁移率的概念.通过对波在弹性结构中传播时元素的应力和应变进行分析,得到元素的力学平衡方程并求解,得到波在弹性结构中传播的阻抗.     

船用柴油机扭力轴动平衡测试及研究

研究了 2 Z390船用柴油机扫气泵扭力轴在运行时的弯曲振动。通过对扭力轴振幅随转速的变化规律 ,轴心轨迹的测量以及振动频谱分析 ,表明扫气泵传动系统存在较大的不平衡量。这也是扭力轴产生弯曲振动的原因之一。研究结果表明对扭力轴进行振动测试 ,根据振幅的最大峰峰值随转速变化的规律以及轴心运动轨迹 ,能有效地判断扭力轴是否存在不平衡     

齿轮—转子耦合系统的动态响应及齿侧间隙对振幅跳跃特性的影响

为了模拟工程应用中齿轮—转子系统的动态响应,考虑齿侧间隙、时变啮合刚度、静态传动误差、不平衡质量和弹性转轴的影响,建立齿轮—转子耦合系统的动力学模型。对动力学方程进行数值仿真,研究转速对动态响应的影响、齿侧间隙的变化对振幅跳跃现象的影响规律和转速与动态啮合力之间的关系。研究结果表明,随着齿侧间隙的增大,齿轮—转子系统的振幅跳跃现象变得更明显。振动加速度的频谱图主要包括啮合频率及其高次谐波。随着转速的逐渐升高,1倍频的振幅也逐渐增大,并且在啮合频率及其高次谐波附近还会出现边频带。动态啮合力的频谱图与动态响应的频谱图类似。对一个齿轮—转子试验台进行理论计算和试验测试,试验数据基本上验证对试验台的理论计算结果,试验测量结果和数值仿真之间的差别主要来源于建模误差和测量误差。     

旋转机械无线监测中的多普勒效应

由于应用无线通信技术对旋转机械进行状态监测时,无线设备安装在转轴上随轴高速旋转,无线设备之间的相对位置发生变化,因此会产生多普勒效应,影响无线通信。针对这一问题,首先,提出了两种无线设备安装方式;然后,建立了旋转运动中无线设备的多普勒频移理论模型,并分析了影响无线通信的因素;最后,对水润滑轴承水膜压力进行无线监测试验,引入误码率和丢包率研究了其与轴转速之间的关系,并对多普勒频移理论模型进行验证。理论与试验分析结果表明:多普勒频移与无线设备摆动圆直径、轴转速以及电磁波入射角密切相关,尤以转速影响为甚;在433 MHz通信频率下,无线监测方法不能很好地用于转速接近或超过10kr/min的旋转机械;转速对丢包率的影响大于误码率,丢包率为误码率的2~3倍。