考虑常见故障的船舶输出轴系的刚柔耦合动力学模型

针对船舶输出轴系的不对中和不平衡故障进行动力学仿真，基于刚柔耦合方法建立船舶输出轴系的动力学模型。首先，将刚柔耦合模型与多刚体模型进行对比分析可知，基于刚柔耦合模型的船舶轴系的转速会出现速度波动且横向振动会出现多倍频现象；其次，研究转子不平衡和不对中故障对轴系振动特性的影响及振动对故障因素的敏感程度可知，船舶输出轴系只存在不平衡故障时，其弹性支撑的横向和垂向振动频谱只呈现单一的倍频，且幅值随着不平衡量的增加而呈增大趋势。当轴系存在不对中时，其轴向和垂向振动对转子不对中的敏感度较低，其弹性支撑的振动除了1倍频外还出现多倍频成分。随着平行不对中量的增大，转子系统1倍频幅值和多倍频幅值呈增大趋势，随着角度不对中量的增加，转子系统的2倍频幅值和多倍频幅值呈增大趋势。不对中量对转子系统2倍频及多倍频幅值贡献较大，当不对中严重时，其2倍频特征幅值明显超过1倍频幅值。此研究可为船舶推进轴系的设计和故障诊断提供理论依据和参考。     

转角不对中转子系统的电机电流特性

为了通过监测电机电流以实现转子系统故障的识别与诊断,建立偏角不对中转子系统动力学模型,推导出转子系统的转角不对中力矩,并以电机的电磁扭矩为纽带,在MATLAB/Simulink环境下建立三相异步电动机—转子系统机电耦合仿真模型,应用傅里叶变换对定子电流信号进行频谱分析,研究偏角不对中故障激励下电机电流信号的耦合特性。仿真结果表明:正常状态下,电流信号会产生工频分量和奇数次倍频的谐波分量。当转子系统存在转角不对中故障时,三次谐波分量会出现明显的增强,而且其峰值会随着转角不对中量的增加而变大。     

联轴器不对中故障转子系统的动力学试验

建立了一个多跨转子-轴承系统试验台,并进行了具有联轴器不对中故障的转子-轴承系统动力学试验,重点分析了平行不对中和交角不对中转子的动力学特性和振动机理。试验结果表明,在不对中转子系统的稳态响应中,除了工频外还存在倍频振动分量,并且随着转速的提高倍频分量增大。在转速较低时,不对中转子的轴心运动具有同步振动特征;随着转速的增加,轴心轨迹呈现出"8"字形或多环椭圆形,且轴心轨迹在某些位置处曲率变化较大。对于具有平行不对中故障的转子-轴承系统,在转速较高时,还会出现和差型谐波振动分量。     

磁悬浮轴承系统联轴器不对中动态特性研究

为了使含有多跨转子的大型磁悬浮旋转机械系统能够稳定运行,开展联轴器不对中对转子动态特性的影响规律研究.通过将联轴器不对中量等效为施加在转子上的旋转力,建立具有联轴器不对中的磁悬浮转子系统数学模型.基于该模型仿真分析了转子的轴心轨迹和振动频谱,给出转子位移信号中转速二倍频分量幅值与转速、联轴器不对中量之间的关系,并进行磁...     

风电机组膜片联轴器平行不对中动力学特性分析

受随机风载、间歇式工作机制、基座变形等耦合因素作用,极易诱发双馈式风电机组高速端膜片联轴器早期不对中潜隐性故障,对此在不对中理论分析基础上,基于SolidWorks与Adams构建仿真模型,利用风速转换公式计算高速端模拟转速,获取不同平行不对中量下的运动响应,借助于机械转子故障模拟试验台搭建测试系统开展实验研究.仿真结果显示:频谱出现1倍频和2倍频,幅值随不对中量的增大而增大,且轴向力的倍频幅值变化明显.实验结果表明:当轴承座时域峭度在4左右,存在冲击性振动,图谱显示径向水平1倍频和2倍频幅值随着转速增加而增大,径向垂直与轴向在不对中量大于0.4mm时,1倍频随转速升高而增大;其与理论分析、仿真结果的倍频特征变化有较好的一致性.     

双转子系统联轴器不对中振动响应分析

针对双转子系统不对中普遍存在,影响系统振动特性的问题,对内转子含有联轴器不对中的双转子系统进行了动力学仿真及振动分析。以某型航空发动机双转子系统为对象,通过施加不对中引发的附加载荷,建立双转子系统联轴器不对中动力学有限元模型。对比分析了特定工况下转子系统随不对中量增加,内外转子振动的频谱特征及轴心轨迹的变化规律。结果表明:内转子联轴器不对中振动特性可通过中介轴承传递到外转子,外转子支撑位置及中介轴承对应位置均可监测到内转子联轴器不对中振动响应;一倍频对联轴器不对中故障不敏感,二倍频幅值随联轴器不对中量的增加而增加,且距离联轴器越近的支撑位置的不对中响应越敏感;轴心轨迹随联轴器不对中量的增加由"椭圆"形变为"内八字"形。     

齿式联轴节不对中转子的动力学响应分析

齿式联轴节不对中是极为常见的现场故障,危害极大。为了有效地认识其故障物理机理和动力学特性,建立一种针对齿式联轴节不对中故障的转子—轴承系统的有限元分析模型,考虑在两种状态(平行不对中和角度不对中)下联轴器所受的力和力矩,并建立其动力学方程,通过双跨转子不对中的动力学分析和仿真研究,得出不对中量和稳态响应特性之间的量化关系。同时对2倍频相位的分析表明:在平行不对中状态下,联轴器两端相位相同,而角度不对中状态下两端相位差约为180°。该特征可作为不对中故障识别的重要参考。     

双转子不对中故障振动特性分析

建立了带有中介支承的双转子不对中故障系统动力学模型,利用解析分析、数值分析和实验验证,揭示了双转子系统存在平行、角度不对中故障时,高、低压转子的振动特性。理论分析和实验结果表明,由于高压转子采用中介轴承的支承方式,高、低压转子的振动相互耦合,低压转子的不对中振动特征会传至高压转子,在双转子系统临界转速的1/2处会发生2倍频共振。     

基于ANSYS的转子间耦合对系统动力特性影响研究

在构建了带轴间轴承的双转子系统有限元模型基础上,利用ANASYS计算软件对双转子系统建立仿真实体模型.通过对模型进行模态分析、谐响应分析,研究了带轴间轴承双转子系统的固有频率与临界转速.结果显示,模型计算与实验数据拟合较好验证了模型计算的正确和有致性.     

弹性阻尼支撑抑制不对中转子振动试验研究

针对旋转机械运行过程发生不对中时振动较大的问题,设计了一种弹性阻尼支撑结构,探究了弹性阻尼支撑结构对单跨不对中故障转子振动的抑制效果。通过建立转子不对中力学模型,分析了不对中故障转子产生二倍频振动机理,并用有限元软件仿真计算了弹性阻尼支撑对故障转子振动的抑制作用,在此基础上搭建了单跨双支撑转子试验台,垫高轴承座模拟转子不对中故障,通过试验研究了单个弹性阻尼支撑对不对中转子振动的控制效果。研究结果表明:单跨转子系统发生不对中故障时,单个弹性阻尼支撑可以有效降低其一倍频和二倍频振动幅值,二倍频振动降幅高达93%,减振效果非常明显。     

Dynamic Characteristics of Rotor System with a Slant Crack Based on Fractional Damping

The traditional modeling method of rotor system with a slant crack considers only integer-order calculus.However,the model of rotor system based on integer-order calculus can merely describe local characteristics,not historical dependent process.The occur of fractional order calculus just makes up for the deficiency in integer-order calculus.Therefore,a new dynamic model with a slant crack based on fractional damping is proposed.Here,the stiffness of rotor system with a slant crack is solved by zero stress intensity factor method.The proposed model is simulated by Runge-Kutta method and continued fraction Euler method.The influence of the fractional order,rotating speed,and crack depth on the dynamic characteristics of rotor system is discussed.The simulation results show that the ampli-tude of torsional excitation frequency increases significantly with the increase of the fractional order.With the increase of the rotating speed,the amplitude of first harmonic component becomes gradually larger,the amplitude of the second harmonic becomes smaller,while the amplitude of the other frequency components is almost invariant.The shaft orbit changes gradually from an internal 8-type shape to an ellipse-type shape without overlapping.With the increase of the slant crack depth,the amplitude of the transverse response frequency in the rotor system with a slant crack increases,and the amplitude in the second harmonic component also increases significantly.In addition,the torsional excitation frequency and other coupling frequency components also occur.The proposed model is further verified by the experiment.The valuable conclusion can provide an important guideline for the fault diagnosis of rotor system with a slant crack.     

液下硫磺泵的转子动力学分析

为减少长轴液下硫磺泵转子系统的振动,基于转子动力学对液下硫磺泵进行研究,以转子体、轴承、轴承座以及联轴器构成转子系统,运用ANSYS模拟转子系统的临界转速、转子不平衡引起的同步振动响应。结果表明:转子系统在第一阶临界转速下运行,为刚性转子;在前四阶临界转速下,轴承处的变形都较小;在加载了不平衡量的谐响应分析中,轴承与叶轮都在前四阶固有频率下产生共振现象,两叶轮振幅接近,各轴承最大振幅也远小于标准要求。液下泵转子系统的动力学研究对预防转子破坏引起的故障具有重要意义。     

基于非线性输出频率响应函数的转子不对中-碰摩耦合故障诊断方法研究

基于非线性输出频率响应函数(NOFRF)的独特优势,将非线性输出频率响应函数引入到转子不对中-碰摩耦合故障中,提出了基于非线性输出频率响应函数的转子不对中-碰摩耦合故障诊断方法。利用提出的方法辨识得到了不同对中度及其角度的转子系统的NOFRF值,对比分析了不对中度及其角度对转子系统各阶NOFRF值的影响。仿真结果表明随着不对中度和角度的增加,NOFRF中二次谐波二阶非线性输出频率响应函数和二次谐波四阶非线性输出频率响应函数有着较为明显的增幅;一次谐波三阶非线性输出频率响应函数随不对中角度的增加而减小。因此,可以依据二次谐波二阶非线性输出频率响应函数、二次谐波四阶非线性输出频率响应函数、一次谐波三阶非线性输出频率响应函数值的变化规律识别转子系统的不对中程度。最后通过试验结果验证了仿真结果的正确性,研究成果为具有不对中-碰摩耦合故障的转子系统的故障诊断提供了重要的依据。     

基于有限元法计算机直接制版设备辊筒模态分析

针对计算机直接制版设备辊筒进行有限元法动力学理论推导和临界转速的确定,利用Ansys workbench对辊筒进行模态分析,得出前六阶振型和极限转速。在满足辊筒20μm振动条件下,对辊筒进行静态分析,得出辊筒的最大转速、强度和挠度满足实际工况需求,并验证辊筒在最大工作转速下不会产生共振现象,实现了辊筒静动态特性的分析。     

多跨转子系统频率可靠性灵敏度与稳健设计

以多跨转子系统H858型离心式压缩机为研究对象,利用MSC.Patran&Nastran有限元软件对该转子系统弯曲振动情况下的固有频率进行分析,依据动态结构系统固有频率与激振频率差的绝对值不超过规定值的关系准则,定义随机动态结构系统的失效模式,并以频率可靠性理论为基础,根据结构系统失效模式为串联模式的定义,推导出参数为正态分布的系统的频率可靠度及其频率可靠性灵敏度的计算公式,同时将可靠性优化设计理论、可靠性灵敏度技术与稳健设计方法相结合,将频率可靠性灵敏度融入到可靠性优化设计模型中,建立频率可靠性稳健设计的模型。并将频率可靠性灵敏度理论与稳健设计方法应用到多跨转子系统的可靠性相关问题分析中,进一步验证该理论的有效性,为工程实际中转子系统的设计提供理论依据,具有一定的现实意义。     

浮环轴向长度对高速轻载涡轮增压器转子系统振动特性影响研究

浮环轴承内外轴向长度结构参数会影响油膜压力分布与偏心率,产生显著分频振动而引发高速轻载涡轮增压器转子非线性振动故障。基于流体润滑理论和浮环力矩平衡方程,推导了含浮环轴承的涡轮增压器转子系统动力学方程,揭示浮环轴承轴向长度与转子系统振动响应之间的关系。以某型汽油机用涡轮增压器转子系统为例,分析浮环内、外轴向长度对轴承油膜压力、偏心率等动力特性的影响,构建转子系统动力学有限元模型,通过三维振动瀑布图研究不同浮环轴向长度下转子系统频域瞬态振动响应,结果表明：浮环内轴向长度从2.6增加到4.6 mm,导致浮环转速升高,最大内油膜压力减小,轴颈偏心率降低,分频幅值增加且出现分频的轴颈转速由142 kr/min降至76 kr/min,更易产生明显的非线性涡动现象;浮环外轴向长度从3.6增加到6.15 mm,使浮环转速降低,最大外油膜压力变小,浮环偏心率及轴颈相对浮环的偏心率减小,低转速下分频幅值减少且出现分频的轴颈转速由10 kr/min升至22 kr/min,可抑制转子系统过早发生非线性涡动,为浮环轴承结构参数设计与试验提供理论支撑。     

齿轮-转子-轴承系统的动力特性试验研究

在具有不对中和质量不平衡的齿轮 -转子 -轴承系统试验台上 ,通过改变系统的转速、速比和齿轮的位置 ,进行了动力学试验研究。试验结果证明了理论研究所得出的结论 ,即一个转子上的不平衡质量能够导致系统中每一个转子产生同频振动 ;当某一子系统存在不对中故障时 ,不仅在单转子 -轴承系统的响应中 ,而且 ,在整个系统响应中 ,将含有倍频成份     

紧凑型高速电主轴拉刀机构静动态特性分析与优化

介绍了紧凑型高速电主轴的结构设计,建立了主轴-拉刀机构双转子系统模型,研究了电主轴拉刀机构的静动态特性,得到了工作状态下电主轴的静态位移、振型、固有频率以及关键点的响应位移。对主轴-拉刀材料、轴承预紧力、轴承组跨距、主轴-拉刀接触刚度以及主轴-刀柄接触刚度等参数进行优化设计。结果表明优化后电主轴的静动刚度均满足要求、固有频率提高、电主轴安全工作频率区间增大。电主轴模态测试结果证明了以上结果的可靠性。该研究为紧凑型高速电主轴的设计提供了理论基础。     

双足反向型直线超声电机的优化设计及性能仿真

为实现成对微部件反向同步动作的精密定位,设计了一种双足反向型直线超声电机。该电机以矩形板面内一阶纵振和二阶弯振模态为工作模态,通过三角形结构将激励振动放大并在驱动足位置形成椭圆运动,从而驱动两滑条实现反向直线输出。基于工作频率一致性要求进行了电机结构优化,采用谐响应分析验证了设计的可行性。建立定子滑条刚柔接触有限元模型,实现了电机输出性能的仿真。仿真结果说明该电机具有较好的稳定性,空载速度和输出推力分别达到120mm/s和30N。