考虑接触效应的拉杆转子非线性动力学特性分析

本文建立了两盘拉杆式转子轴承系统动力学模型,模型受不平衡力和非线性油膜力激励,拉杆转子轮盘之间接触刚度由接触理论计算得到,采用4阶龙格库塔法进行求解,并使用分岔图和Poincare映射对比分析了不同的转速下,拉杆转子与单盘整体转子的非线性动特性的差异。通过研究得到以下结论:随着转速变化,相比于单盘整体式转子,考虑盘间接触效应的影响会使系统非线性动力学行为更加复杂,在中高转速范围内拉杆转子系统响应状态在周期运动与准周期运动或混沌运动状态之间出现多次反复,拉杆转子系统初次发生分岔的转速值变大,响应的幅值减小,在低转速范围内,盘间接触状态对系统状态影响较小,系统不受转速变化影响。     

固定瓦-可倾瓦气体轴承支撑的拉杆转子动力学特性

针对固定瓦-可倾瓦气体轴承支撑的拉杆转子动力学特性进行了研究。将拉杆转子轮盘间的接触效应等效为一个具有非线性刚度的抗弯弹簧,从而建立了拉杆转子模型。基于固定瓦-可倾瓦气体轴承的边界条件,运用微分变化法求解了Reynolds方程,得到了在单瓦坐标系下的气膜力,采用坐标变换和组装计算最终得到固定瓦-可倾瓦气体轴承的气膜力。在计算时对比了圆柱形气体轴承和固定瓦-可倾瓦气体轴承的稳定性、拉杆转子和整体转子的稳定性。最后,以转轴刚度为控制参数,运用改进的Newmark法研究了拉杆转子的动力学特性,同时也研究了固定瓦-可倾瓦气体轴承预负荷和支点比对转子系统运动行为的影响。     

周向均布拉杆转子接触段刚度特性研究

为了研究存在大量轮盘结合面的燃气轮机拉杆转子的刚度特性,以轮盘间通过粗糙平面连接的周向均布拉杆转子为研究对象,建立其整体刚度的理论计算模型并定义了结合面刚度无量纲因子;运用三维有限元法对转子接触段进行考虑非线性接触的静力分析,计算了接触段刚度修正系数、接触应力分布状态、拉杆刚度比例系数以及拉杆应力随刚度无量纲因子的变化关系,计算结果表明刚度无量纲因子λ=1是转子整体应力应变状态保持稳定的临界值。研究可为周向拉杆转子预紧力的确定提供参考。     

结构参数对拉杆转子双稳态振动特性的影响

考虑拉杆转子特殊的结构形式以及各个接触面的接触效应对转子刚度的影响,将拉杆和接触面等效为一个具有非线性刚度项的抗弯弹簧,建立了拉杆转子的运动方程。利用谐波平衡法,同时引入预测校正算法和同伦算法来求解转子的运动方程,通过算例验证了该方法的有效性。对不同结构参数影响下的双稳态振动特性进行了研究,结果表明,由于结构上的不连续,各个接触界面的接触效应给整个转子结构引入非线性因素是盘式拉杆转子"双稳态"特征的主要原因,非线性刚度、偏心量、阻尼以及偏心矢量夹角都会影响转子的双稳态特性,可以通过调整结构参数的大小避免"双稳态"区的出现。     

基于精细积分法的轴承-拉杆转子系统非线性动力学分析

针对轴承-转子系统非线性动力学响应的求解问题,基于改进的精细积分法研究了拉杆转子系统的非线性动力学行为。将改进的精细积分法与Wilson-θ法、Newmark法进行比较,结果证明改进的精细积分法的计算结果比Wilson-θ法、Newmark法更接近精确解,求解了拉杆转子系统的非线性动力学响应,并且考虑了拉杆转子圆盘的摆动对转子动力学行为的影响,研究了计算步长对转子系统的非线性动力学行为的影响,结果表明:在非周期运动阶段步长对转子的动力学行为影响较大,在周期运动阶段步长对转子的动力学行为也有一定的影响。     

周向拉杆转子系统非线性动力行为及稳定性

针对周向拉杆转子轴承系统,将拉杆简化为无质量、受预紧的线性弹簧,得到周向拉杆提供的附加刚度矩阵和附加广义力矩;对具有粗糙表面的长方微元体进行有限元接触分析,得到不同载荷作用下的法向和切向界面接触刚度;计入界面接触刚度和周向预紧拉杆的影响,采用受轴向载荷的Timoshenko梁轴有限单元建立周向拉杆转子轴承系统的非线性动力学模型.基于系统的局部非线性特性进行自由度缩减后,运用结合预估-校正机理的Poincaré-Newton-Floquet方法对滑动轴承支承下周向拉杆转子系统的非线性动力特性进行研究,得到不同转速和质量偏心下系统稳态周期解的稳定性边界和分岔形式.结果表明,系统存在同步周期解、准周期解和倍周期解对应的参数区域,随着转速的增加,当质量偏心较小时,周期解发生准周期分岔,当质量偏心较大时,周期解发生倍周期分岔.考虑界面接触刚度后,系统的分岔失稳转速降低;预紧不均时,系统在更低的不平衡量下发生倍周期分岔.     

考虑结合面法向刚度的拉杆转子轴向振动特性

针对接触刚度解析模型参数确定困难、精度难以保证等问题,提出了根据弹塑性粗糙表面微体单元受力变形的有限元分析结果确定轮盘结合面法向刚度的方法;为准确获取拉杆转子的轴向振动特性,建立了考虑轮盘结合面法向刚度的集中质量动力学模型;运用上述方法和模型计算了某型实验转子轴向振动的固有频率,并将结果与实测数据进行对比,误差低于5%,证明了该方法的有效性;改变拉杆预紧力,进一步研究预紧力对拉杆转子动力学行为的影响,结果表明：拉杆预紧力对转子的作用效果存在一个饱和区域,可为拉杆预紧力数值的确定提供重要的设计依据。     

基座松动拉杆转子动力学分析

建立旋转机械一侧基础松动拉杆转子动力学模型,利用Wilson-θ法分析该系统的动力学响应.将考虑基础松动与不考虑基础松动的转子动力学行为进行比较,分别以转子转速和松动质量为控制参数分析了转子动力学行为,同时对比了转子松动端与未松动端的运动轨迹.研究发现,转子基础松动对其动力学行为有很大影响,考虑基础松动后,其分岔点后移,且运动行为更为复杂丰富;转子的运动行为非常丰富,主要表现为周期、倍周期、周期三、周期五、准周期、混沌等,且松动质量块也具有与转子相同的运动行为;转子松动端的振幅比未松动端的振幅大,且轨迹形状也有很大差别.     

基座松动拉杆转子动力学分析

建立旋转机械一侧基础松动拉杆转子动力学模型,利用Wilson-θ法分析该系统的动力学响应.将考虑基础松动与不考虑基础松动的转子动力学行为进行比较,分别以转子转速和松动质量为控制参数分析了转子动力学行为,同时对比了转子松动端与未松动端的运动轨迹.研究发现,转子基础松动对其动力学行为有很大影响,考虑基础松动后,其分岔点后移,且运动行为更为复杂丰富;转子的运动行为非常丰富,主要表现为周期、倍周期、周期三、周期五、准周期、混沌等,且松动质量块也具有与转子相同的运动行为;转子松动端的振幅比未松动端的振幅大,且轨迹形状也有很大差别.     

柔性转子-轴承系统非线性动力学行为分析

运用非线性动力学对柔性转子-轴承系统进行了分析,考虑了Newmark法在计算时间步长内产生的影响计算精度和计算稳定性的计算扰动效应,并将其改进形成一种有效的求解动力学周期响应的方法。将该方法的计算结果与Runge-Kutta法的计算结果进行了对比,结果表明该方法精度较高。运用Floquet分岔理论分析了系统周期运动的稳定性及其分岔行为,数值结果展现系统具有周期运动、准周期运动等非线性现象。     

基于Wilson-θ法的柔性转子系统的动力学分析

根据转子动力学理论建立了对称柔性转子-轴承系统的力学模型及非线性动力学方程;运用Wilson-θ法,并结合预估-校正机理和Newton-Raphson法,提出了一种有效的求解动力学系统不平衡响应的方法。以柔性转子转轴的刚度为控制参数,运用该方法求解了转子系统的不平衡周期响应,并结合Floquet分岔理论和Poincaré映射,分析了系统周期运动的稳定性及其分岔行为。数值结果揭示了系统具有周期运动、三周期运动、准周期运动、五周期运动、跳跃等复杂丰富的非线性动力学现象。     

有限长轴承支撑的转子系统非线性动力学分析

基于π油膜假设,运用变分约束原理和分离变量法求得了有限长动压轴承非线性油膜力的近似解析表达式。通过计算比较可知,该方法和有限元法的计算结果非常接近,而且可以节约大量计算时间。在此基础上,以转子的角速度、圆盘处的偏心量及转轴的刚度为控制参数,运用Newmark法分析了轴承-转子系统的非线性动力学行为。数值结果揭示系统具有周期运动、倍周期运动、准周期运动、六周期运动、十周期运动等复杂丰富的非线性动力学特征。     

基于Newmark法两端支座松动拉杆转子动力学分析

建立了具有两端轴承基座松动故障的拉杆转子模型(松动轴承基座质量称为松动质量块,松动轴承基座与地面连接的刚度称为松动刚度),并推导了其运动微分方程.基于分离变量法和Sturm-Liouville理论得到了有限长滑动轴承油膜力近似解析解,运用Newmark法分析了该转子系统的非线性动力学行为.首先,将无故障转子、一侧轴承基...     

周向均布拉杆柔性组合转子轴承系统的非线性动力特性

针对周向均布拉杆柔性转子轴承系统,应用哈密顿原理建立周向拉杆的动力学模型,得到了拉杆产生的附加刚度矩阵及由于拉杆预紧不均所产生附加广义力矩的一般形式,结果说明当拉杆数目大于等于3且拉杆均布时,拉杆产生的刚度矩阵保持各向同性;各根拉杆初始预紧不均的作用是产生一个以工作转速旋转的恒定广义附加力矩.结合对整体转轴应用计及轴向力的铁木辛格梁轴单元建立的有限元模型,得出了拉杆组合转子轴承系统的系统动力方程,进而采用自由界面系统缩减方法将系统中的线性自由度部分缩减,同时保留非线性自由度以方便非线性力的施加.运用打靶法结合Floquet稳定性分叉理论得到了系统稳态周期解的稳定性边界和分叉形式.数值结果表明,转子不平衡和拉杆预紧不均对系统周期解稳定性具有很大的影响,拉杆预紧不均将使得系统过一临界转速时周期解的倍周期分叉现象加剧.     

斜齿轮柔性转子轴承系统非线性动力学分析

考虑齿侧间隙、轴承径向间隙、齿轮不平衡力,使用有限元法建立质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵并组装成整体参数矩阵,建立了适用于斜齿轮柔性转子滚动轴承系统的非线性动力学模型。采用Runge-Kutta法求解,并分析系统的动力学行为。研究了转速、转轴刚度、不平衡力对斜齿轮系统非线性动力学行为的影响规律。结果表明:随着转速的变化,系统将经历周期、拟周期、混沌等多种运动状态;随着转轴刚度的减小,混沌运动的区间减小,振幅大小发生改变;不平衡力增大后,系统混沌区间增大,混沌运动的区间也发生改变。     

斜齿轮柔性转子轴承系统非线性动力学分析

考虑齿侧间隙、轴承径向间隙、齿轮不平衡力,使用有限元法建立质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵并组装成整体参数矩阵,建立了适用于斜齿轮柔性转子滚动轴承系统的非线性动力学模型。采用Runge-Kutta法求解,并分析系统的动力学行为。研究了转速、转轴刚度、不平衡力对斜齿轮系统非线性动力学行为的影响规律。结果表明：随着转速的变化,系统将经历周期、拟周期、混沌等多种运动状态;随着转轴刚度的减小,混沌运动的区间减小,振幅大小发生改变;不平衡力增大后,系统混沌区间增大,混沌运动的区间也发生改变。     

齿轮耦合的转子-轴承系统非线性动力特性的研究

在考虑齿轮时变啮合刚度、齿侧间隙、脱齿、挤齿及齿背接触 等因素的情况下,建立了齿轮耦合的转子—滑动轴承系统的多自由度动力学模型。用数值方 法研究了该系统的质量不平衡响应,结果发现,由于齿轮时变啮合刚度的影响,随着转速的 增加,系统动力学响应首先由周期运动向准周期运动变化,当转速超过某一值时,系统的响应将由准周期运动发展为混沌运动;由于混沌运动,转子将沿齿轮中心线方向产生很大的变 形,脱齿、齿背接触及挤齿现象也将发生,可能导致系统产生破坏。     

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。     

刚度变化下直升机行星齿轮-转子系统非线性动力学

建立了行星齿轮-转子系统的非线性动力学模型,系统模型将内啮合刚度嵌入齿圈刚度进行建模,考虑了转子扭转效应、齿侧间隙、时变啮合刚度和综合传动误差等因素.采用分岔图、最大李雅普诺夫指数(LLE)、庞加莱截面图和相图来分析响应特征.研究齿轮与转子间扭转振动位移响应,分析了旋翼轴与传动轴扭转刚度比变化影响规律.研究发现,系统具有非线性动力学特性,通过准周期分岔和倍周期分岔进入混沌运动,获得了系统避免失稳的刚度比阈值区间.研究为直升机主减速器行星齿轮-转子系统的动力学设计和扭转振动控制提供了参考.     

基于变截面多轴段双刚度转子第二类临界转速与试验

基于单截面双刚度转子动力学分析原理与局限,针对变截面多轴段双刚度转子提出一种可行的双向刚度差异系数的计算方法,同时考虑因滚动轴承在高转速、低负载、大粘度情况下接触刚度与油膜刚度相当而导致随转子转速增大其综合径向支承刚度下降对转子临界转速的影响,采用集中质量法将变截面多轴段双刚度转子简化为多圆盘转子系统进行动力学分析,求出其第二类临界转速,并与某型高速齿轮箱的双刚度行星架振动测试结果对比分析,得到了较好的验证,具有一定的工程使用意义。