碰摩转子振动特性的影响因素分析术

转子碰摩故障一方面比较常见,另一方面其机理复杂且危害很大,因此有关转子碰摩振动特性的研究受到广泛关注.针对两端刚性支承的Jeffcott转子,建立了碰摩转子的非线性弯扭耦合振动微分方程.分别采用四组实验数据,联合龙格-库塔法求解了模型的非线性动力学方程,并利用庞加莱映射图、轴心轨迹图和位移图分析了碰摩转子系统的非线性响应和混沌等动力学特性,获得了一些有益的结论,从而为碰摩转子系统的优化设计与故障诊断等方面的应用奠定了理论基础.     

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。     

非线性油膜力作用下的碰摩转子系统动力学分析

目的:在讨论转子系统碰摩问题时,必须要考虑非线性碰摩力的影响,通过建立合理的模型来进行碰摩转子系统动力学分析十分重要。方法:运用基于Hertz接触理论的非线性碰摩力模型建模并进行数值仿真计算,对不同碰摩刚度下的故障转子系统动力学响应进行了研究。结果:通过分析发现,在碰摩刚度较大时,与线性刚度碰摩模型相比,采用Hertz接触理论碰摩力模型仿真出的结果非线性特性更强,系统碰摩特征更加明显,有利于判断碰摩故障的发生;结论:结合相关实验结果,验证了Hertz碰摩模型的正确性及将其运用在碰摩故障转子系统建模中的可行性。     

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。     

局部碰摩与油膜力耦合作用下对轴承-转子-定子系统分叉与混沌行为的影响

以三个质量六个自由度轴承—转子—定子系统为力学模型,研究非线性碰摩力与油膜力耦合作用下轴承—转子—定子系统的分岔与混沌行为,利用计算机仿真对发动机转子的碰摩故障进行数值模拟,讨论转子系统参数的变化对转子混沌运动状态的影响,发现具有非线性碰摩力及油膜力的局部耦合作用下转子系统的各种多周期运动和混沌运动及其演变过程。     

碰摩转子系统的分叉与混沌行为分析

建立了两端刚性支撑的Jeffcott转子局部碰摩的动力学模型,将打靶法的思想与四阶龙格库塔法结合,对转子系统由于局部碰摩故障导致的非线性动力学行为进行了研究,数值模拟得出转子系统碰摩的分又,轴心轨迹,位移响应,幅值频谱和Poincaré截面图,分析了转子系统参数:频率比和偏心量对转子系统运动的影响,从中发现此类非线性振动系统具有周期、拟周期和混沌等复杂的动力学行为,研究结果对转子系统的故障识别与诊断具有一定的意义.     

转子系统碰摩故障特征分析

通过大量的仿真计算，讨论了具有短油膜轴承支承的转子系统在发生碰摩故障时的非线性行为；分析了碰摩转子系统的故障特征、故障发生和发展的过程。从周期分岔特性和频谱特性等方面与碰摩转子做了对比分析，讨论了偏心矩、定子刚度和摩擦系数对碰摩转子型式的影响。     

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。     

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。     

柔性转子滚动轴承系统混沌行为研究

研究了滚动轴承支承的柔性转子系统的混沌行为。考虑空间Euler-Bernoulli杆单元、刚性圆盘、圆柱滚子轴承非线性接触力、不平衡力,使用有限单元法建立了柔性转子轴承系统的非线性动力学方程组。根据FPA修正法确定求解周期,采用Runge-Kutta法、Newton-Raphson法求解非线性动力学方程组,用获得的系统最大Lyapunov指数判断系统的混沌行为。以某滚子轴承柔性转子系统为例,研究了该类转子系统在径向间隙、不平衡力、转轴刚度比对柔性转子系统混沌特性的影响规律,发现随着轴承径向间隙的增大,系统的混沌区间逐渐增大、变多。不平衡力的存在使得系统混沌的转速及范围变大。随着刚度比增大,振幅峰值及对应的转速均逐渐增大,系统混沌区间也增多,轴承非线性振动对柔性转子系统非线性行为的影响逐渐增强。     

Bifurcation and chaos analysis of nonlinear rotor system with axial-grooved gas-lubricated journal bearing support

Axial-grooved gas-lubricated journal bearings have been widely applied to precision instrument due to their high accuracy, low friction, low noise and high stability. The rotor system with axial-grooved gas-lubricated journal bearing support is a typical nonlinear dynamic system. The nonlinear analysis measures have to be adopted to analyze the behaviors of the axial-grooved gas-lubricated journal bearing-rotor nonlinear system as the linear analysis measures fail. The bifurcation and chaos of nonlinear rotor system with three axial-grooved gas-lubricated journal bearing support are investigated by nonlinear dynamics theory. A time-dependent mathematical model is established to describe the pressure distribution in the axial-grooved compressible gas-lubricated journal bearing. The time-dependent compressible gas-lubricated Reynolds equation is solved by the differential transformation method. The gyroscopic effect of the rotor supported by gas-lubricated journal bearing with three axial grooves is taken into consideration in the model of the system, and the dynamic equation of motion is calculated by the modified Wilson-0-based method. To analyze the unbalanced responses of the rotor system supported by finite length gas-lubricated journal bearings, such as bifurcation and chaos, the bifurcation diagram, the orbit diagram, the Poincar6 map, the time series and the frequency spectrum are employed. The numerical results reveal that the nonlinear gas film forces have a significant influence on the stability of rotor system and there are the rich nonlinear phenomena, such as the periodic, period-doubling, quasi-periodic, period-4 and chaotic motion, and so on. The proposed models and numerical results can provide a theoretical direction to the design of axial-grooved gas-lubricated journal bearing-rotor system.     

Nonlinear Simulation of Rotor Dynamics Coupled with Journal and Thrust Bearing Dynamics under Nonlinear Suspension

This study performs a dynamic analysis of a rotor supported by an oil-film journal and thrust bearings. The analysis of the rotor-bearing system is investigated under the assumptions of an incompressible lubricant, a flexible rotor, and negligible side leakage in the thrust bearing. The numerical results show that the nonlinear dynamics of the system vary with the nondimensional speed ratio and the initial value of the displacements in the horizontal, vertical, and axial directions. Specifically, some routes of periodic responses, subharmonic motions into chaos, out of chaos to subharmonic responses, or suddenly into chaos, suddenly out of chaos to periodic ones were found.     

船体横荡运动对转子-浮筏气囊耦合系统非线性动力学特性的影响*

为研究横荡作用下船用转子-浮筏气囊耦合系统的非线性动力学特性,基于短轴承理论建立系统的数学模型,并用数值方法分析系统的动力学行为,探究转子转速、横荡幅值和频率变化对系统非线性动力学特性的影响。结果表明：与无横荡作用时相比,系统的动力学特性更为复杂;在转子转速较低时,系统在船体横荡作用下处于拟周期运动状态,随着转子转速的增加,系统出现分岔现象然后又合为一支直至混沌;随着横荡幅值的增大,转子的振动幅值也会随之增大,然而频率比的增加会使转子的振幅变小。     

Stability analysis of a rotor bearing system due to surface waviness and number of balls

In the paper, the stability analysis of a rigid rotor supported by ball bearings has been studied. In the analytical formulation, the contacts between balls and races are considered as nonlinear springs, whose stiffnesses are obtained by using Hertzian elastic contact deformation theory. The implicit type numerical integration technique Newmark-β with Newton–Raphson method is used to solve the nonlinear differential equations iteratively. The effects of surface waviness and the varying number of balls on stability of rotor bearing system are observed. All results presented in form of fast fourier transformations show that the vibration characteristics of the rotor and its bearings change, when the bearings operate in different regions of their nonlinear load deflection characteristics. From the analysis, it is implied that the number of balls and number of waves in the ball bearing are two important governing parameters affecting its dynamic behavior.     

Study on dynamic of giant magnetostrictive material transducer with spring of nonlinear stiffness

To study the dynamics of giant magnetostrictive material (GMM) transducer, its model was developed, according to the dynamic experiment results of GMM and the influence of unsymmetrical piece-wise linear stiffness of the prepressing spring. Based on the one degree of freedom its vibration model of a GMM transducer, unsymmetrical piecewise linear nonlinear characteristic of pre-pressing spring was investigated. The first order harmonic motion component of the GMM transducer was obtained by the analysis of KBM method. By the numerical simulation the complicated bifurcation and chaos behavior of the nonlinear vibration system were founded, which should to be taken account of in the design of GMM transducer.     

基于有限元的铅芯橡胶支座力学性能模拟及应用

铅芯橡胶支座基于自身良好的隔震力学性能、足够的竖向承载力以及稳定的弹性复位功能被广泛应用于工程结构中.对其力学性能模拟的正确与否将对整个结构的分析结果产生很大影响.文中基于大型通用有限元软件ANSYS,采用Combin40单元模拟铅芯橡胶支座的非线性滞回特性.最后通过对采用铅芯橡胶支座的某桁架结构进行动态特性分析,表明Combin40单元能很好模拟其力学性能.     

含间隙和时变啮合刚度的弧齿锥齿轮传动系统非线性振动特性研究

齿面侧隙和时变啮合刚度等因素的存在,将导致弧齿锥齿轮传动系统在工作过程中呈现典型的非线性特性;置于转子上的弧齿锥齿轮传动系统被等效处理为8自由度动力学模型,借助动态相对传动误差,使两轮转动自由度合并,建立了7自由度的非线性振动方程。采用A算符算法获得了不同工况下弧齿锥齿轮系统的扭转、横向及轴向的振动位移和速度,发现随着啮合频率的变化,系统经倍周期分岔进入混沌,而随着支承刚度的变化,系统经拟周期分岔进入混沌振动,在啮合频率的变化过程中,系统存在跳跃现象。     

基于非线性分析方法的摆线针轮系统传动精度研究

以摆线针轮传动系统为研究对象，通过分析各零件受力状况，依据达郎贝尔原理建立该系统传动精度的非线性动力学数学模型，并用Newmark法对其进行求解。通过对摆线针轮传动系统动力学行为进行数值仿真，表明仿真结果与实测结果吻合较好。该方法适用于高精度摆线针轮系统的传动精度研究，为设计、制造高精度摆线针轮传动系统提供了相应的理论依据，同时也有助于其他类似齿轮系统的传动精度研究。