能量轨道下带碰摩的双转子系统振动特性分析

为提高航空发动机的推重比和燃油效率,调整转子与机壳间的间隙变小,易发生碰摩故障问题,本文针对带碰摩双转子系统的非线性振动特性开展了定性、定量分析。建立了具有非线性弹簧特性和带碰摩故障双转子系统的非线性数学模型,通过仿真与数值分析调查了该模型复杂的碰撞、振动特性。对碰摩故障发生后和即将脱离时该系统的能量交换进行了定量分析,基于振动能量轨道的迁移过程分析了非线性振动特征和诱发机理。使用转子实验验证了数值仿真、理论分析结果和振动能量轨道。本文揭示了带碰摩故障的非线性双转子系统运行时振动变化规律,更好地分析了双转子系统的振动特征。

含中介轴承波纹度的双转子系统振动特性分析

针对双转子系统中存在中介轴承波纹度的问题,以含变截面外转子的双转子-轴承系统为研究对象,考虑中介轴承滚动体和内、外圈滚道波纹度,基于有限元法建立了双转子-轴承系统的动力学模型,采用四阶Runge-Kutta数值解法求解方程,分析了波纹度激励对系统频谱特征和幅频响应曲线的影响。结果表明:内、外圈滚道存在波纹度时系统会出现内、外转子转频和保持架转频的组合频率,滚动体存在波纹度时系统会出现偶数倍的滚动体自转频率;考虑转子不平衡激励,外圈滚道波纹度会增大外转子主激励的共振区域的振动,且随着波纹度幅值的增加,系统的振动会在整个转速范围内增大,而内圈滚道波纹度与不平衡激励两者的振动响应会在内转子主激励的第二次共振区域出现近似同频反相的现象,系统的振动会随着波纹度幅值的增加而降低,在其他区域的振动会增大,相对于高转速区域,滚动体波纹度对低转速区域的振动特性会有较大影响。

微转速差双转子系统对自动液力变速器车型怠速抽动的影响研究

为分析液力变矩器与曲轴组成的微转速差双转子系统对自动液力变速器(AT)车型怠速抽动的影响,通过对双转子系统动不平衡耦合激励力进行希尔伯特变换(Hilbert Transform),揭示出部件拍振是导致有规律怠速抽动的根本原因,其抽动激励幅值最大值为激励力之和,抽动间隔频率为激励力频率之差。建立包括发动机、变速器、悬置等系统的机械系统动力学自动分析(ADAMS)模型并进行仿真,结果表明,动力总成垂向刚体模态频率与激励频率越接近,液压悬置垂向一阶动刚度越大,振动幅值越大。因此,可通过动力总成Z向模态频率与曲轴动不平衡激励频率间的避频设计、降低液压悬置垂向动刚度、提高悬置系统的隔振性能等方式改善怠速抽动。

基于联轴器不对中的磁悬浮双转子系统不平衡响应分析

为探讨联轴器不对中故障对磁悬浮双转子系统振动响应的影响,基于有限元法构建包含不对中故障的磁悬浮双转子系统动力学模型,利用Newmark-β法求解其运动方程,通过时域和频域分析不对中情况下转子系统的振动响应。研究结果表明:在不对中引起的附加力作用下,磁悬浮双转子系统的响应会呈现显著的二倍频分量,且随着不对中程度的增加,二倍频分量的幅值也相应增大;内转子由于不对中故障引起的二倍频分量会通过中介轴承传递到外转子上;在不同控制参数下不对中故障对系统的影响有所不同,通过选取合适的比例系数和较大的微分系数,可以有效降低不对中故障对系统振动响应的影响。

支承刚度各向异性对双转子系统进动状态的影响

为提高航空发动机的推重比,航空发动机静子系统的工程解决方案常引起转子系统支承刚度各向异性,进而对转子系统的动力学特性产生显著影响。针对支承刚度各向异性的双转子系统,建立动力学特性计算模型,在验证计算模型准确性的基础上,研究支承刚度各向同性和各向异性对双转子系统固有频率、进动状态和不平衡响应的影响。研究结果表明:支承刚度各向同性时,双转子系统Campbell图中的低阶固有频率线出现交叉,而支承刚度各向异性使低阶固有频率线具有相互分离的趋势。支承刚度各向同性时,不平衡力仅触发转子系统的正进动运动,转子进动轨迹为圆形;而支承刚度各向异性时,转子系统的反/正进动均被不平衡力触发,转子进动轨迹为椭圆形。支承刚度各向异性时,在某些转速下转子系统不同位置处的进动方向可能不同。支承阻尼减小转子系统反/正进动的振幅及反进动的转速区间,降低支承刚度各向异性对双转子系统动力学特性的不利影响。

某型航空发动机双转子系统碰摩分析及挠度抑制方法研究

针对航空发动机的碰摩故障,建立某型航空发动机转子系统三维有限元模型,进行临界转速计算、低压转子瞬态响应和双转子系统碰摩风险分析;进行双转子系统碰摩响应计算,得出双转子系统碰摩工况和位置识别;采用限位轴承进行挠度抑制。结果表明:双转子系统碰摩工况与位置符合低压转子瞬态响应与临界特性,低压转子的2、3阶临界特性受到了抑制。

在能量空间中实现非线性双转子系统的碰摩振动机理表征

碰摩是转子系统发生失稳的一个重要原因。在碰摩故障发生时,转子与机壳随时间的推移在碰撞和脱离等状态间变化,容易产生能量交换,并引发复杂的振动现象。通过构建带碰摩故障的非线性双转子系统模型及动力学方程,采用龙格-库塔法进行数值仿真,在相空间中分析系统的非线性振动特性。在振动能量空间中使用非线性能量供给函数模拟碰摩故障发生后系统的转子振动能量变化,利用振动能量轨道的迁移表征碰摩振动机理。研究结果更好地揭示了非线性双转子系统发生碰摩故障后的碰摩振动机理,提出的方法为双转子系统的振动机理分析提供了新的视角。

航空发动机双转子系统临界转速求解方法

针对航空发动机转子动力学设计需求,将有限元法与振型筛选法相结合,提出适于工程应用的临界转速求解方法,结合算例详细论述了完全法和缩减法的求解过程。研究结果表明:两种求解方法的结果完全一致,而缩减法求解过程迭代次数少,更为方便;某双转子系统,顺转时存在5阶临界转速,而反转时在相同的转速范围内将增加n=3,n=4和n=5的反进动临界转速,临界转速的密集性导致反转转子的动力学设计更为复杂。

航空发动机双转子系统的拍振分析

在双转子航空发动机中,由于转子系统不可避免地存在不平衡量,当两个转子的转速比较接近时,发动机会出现拍振现象,拍振将引起振动强度过大问题。对双转子系统的拍振进行了研究,分析了拍振的周期性、信号强度及其反向转子特性,阐明了拍振产生的机理和特征,并采用数值仿真和试验对拍振进行了定量分析和验证。研究表明,拍振与双转子转速差和不平衡量的相位因素有关,当转速差小于工作转速的20%时,双转子系统拍振信号的强度较大。

双转子系统碰摩有限元接触分析模型及故障诊断

针对常用碰摩力模型的不足,应用AN SY S软件在求解转静子之间的碰摩力与法向相对位移之间的关系的基础上得到了碰摩力模型,并与整体传递系数法相结合建立转静件碰摩的动力学方程。采用整体传递系数法计算转子系统的动力特性,进而求解双转子系统的瞬态响应。利用时域波形、频谱分析和小波变换对响应进行了分析,得出并分析了相关的故障特征。

内外双转子系统支撑轴承不对中分析

针对航空发动机内外双转子系统不对中问题,以某航空发动机转子系统为对象,运用转子动力学有限元分析方法,给出内外双转子系统中介轴承的处理方法,建立内外双转子系统动力学模型。通过数值计算,得到该双转子系统的固有频率和振型,对比分析考虑外转子(高压转子)支撑轴承不对中的转子振动响应。

反向旋转双转子系统非线性分析

以双转子系统中介轴承刚度的非线性为简化模型,推导了反向旋转双转子系统振动响应的非线性动力学方程。研究了转子转速、不平衡量和中介轴承径向间隙对系统响应特性的影响。结果表明:转速、不平衡量等对转子-轴承系统的非线性振动有较大的影响;减少中介轴承的径向间隙,有利于系统的非周期运动转变为周期运动,提高系统运动的平稳性。

支承非线性特性对双转子系统的响应特性影响研究

以双转子试验器为研究对象,开展高维复杂双转子系统的建模方法和动力特性的研究。将双转子系统划分为模态子结构和连接子结构,利用有限元方法和固定界面模态综合进行模态子结构的建模及维数缩减,将连接子结构保留在物理空间中,通过界面对接条件实现子结构的组装,利用Newmark法进行含局部非线性的双转子系统运动方程的数值求解。进行了计算模型的试验验证,并研究了转子系统的响应规律。研究结果表明:随转速的变化,转子响应中出现了滚动轴承的变刚度振动频率、不平衡激励频率及相关组合频率;同步不平衡响应的变化规律与支承位置、转子各轮盘的不平衡量及临界振型有着密切的联系。

航空发动机双转子系统的随机激励响应分析

针对航空发动机双转子系统受到一些无法预测的激励产生随机振动的现象,建立了不平衡双转子系统在随机激励作用下的运动方程。运用虚拟激励法,计算双转子系统在随机力下的位移响应功率谱密度,对其结构动力特性进行了研究。研究表明,当中介轴承刚度系数增大时,系统的固有频率增大并趋于定值。此时,外随机力引起的位移响应谱密度峰值减小并趋于无穷小值,而系统耦合作用引起的位移响应谱密度峰值先上升后减小,并在某个刚度值后,趋于无穷小值。根据研究结果提出了一些预防航空发动机双转子随机振动危害的措施。

含有碰摩故障的多盘双转子系统动态特性

建立航空发动机双转子轴承系统的有限元模型,为考察碰摩特征对双转子系统的影响,在考虑转轴剪切效应、惯量分布效应、横向扭转以及系统结构的几何参数等重要影响因素的前提下考察碰摩故障对系统的影响.研究了碰摩间隙等参数变化时对双转子系统动态特性的影响规律.结果表明由于双转子本身结构和转速的影响,转子各处呈现非周期1运动.另外,由于碰摩影响,整个系统会出现非线性响应,但由于中介轴承的影响在无碰摩故障的转轴上非周期运动稍弱一些.中介轴承除了有耦合作用外,还起到了隔振的作用.

便携式微速差双转子系统智能化整机动平衡仪的开发与研究

微速差双转子系统整机动平衡的关键是如何从复杂的拍振信号中分离出内、外转子各自的不平衡分量。在介绍不解拍分离内、外转子不平衡信号方法的基础上,围绕提高幅值和相位的测量精度,从系统的硬件设计、拍振信号的提取、拍峰与拍谷的捕捉、相位的求法等几个方面,详细论述便携式微速差双转子系统智能化整机平衡仪的软、硬件设计。用开发成功的仪器对WL-350型卧螺离心机进行平衡试验,取得了十分满意的效果,证明仪器设计的方案是正确、可行的。

考虑中介轴承弹流润滑时双转子系统振动特性

为研究中介轴承在弹流润滑作用时双转子系统的非线性振动特性,针对航空发动机双转子系统,根据弹流润滑理论和转子动力学理论,建立中介轴承弹流润滑接触模型和中介轴承-双转子系统模型.采用数值仿真方法获得系统动力学特性,对比分析了考虑弹流润滑作用和忽略弹流润滑作用两种工况下,双转子系统的幅频响应特征,并比较了中介轴承赫兹接触刚度、径向游隙以及润滑油黏度对系统特性的影响.结果表明:中介轴承弹流润滑作用对高压转子和低压转子一阶共振峰附近的振幅及共振峰位置影响较小,对高转速区间的共振峰影响较大,使共振峰右移并且共振峰处振幅减小;分别改变中介轴承赫兹接触刚度和径向游隙,考虑弹流润滑作用与不考虑弹流润滑作用相比,一阶共振峰处振幅改变小于5%,在二阶共振峰处振幅改变百分数在4%~9%之间;一阶共振峰位置未发生偏移,二阶共振峰向高频移动2%~8%;改变润滑油黏度,对低压转子和高压转子振动幅值影响小于1%.最后利用气体驱动双转子实验台对仿真结果进行验证.

小速差双转子系统不平衡矢量识别方法的研究

不平衡矢量的识别是小速差双转子系统现场动平衡的关键，文中根据相关原理提出了单点ＤＦＴ不平衡矢量识别方法，通过理论分析确定了相关积分时间及其可能的误差。由ＷＬＺＹ－３５０型螺旋卸料离心机的实验表明，这种方法精度高、对噪声不敏感，可在实际中应用。

同轴式微速差双转子系统整机动平衡方法研究

同轴式微速差双转子系统的不平衡振动信号是由内、外转子各自不平衡振动叠加而成的拍振,通过研究拍振波形的特征,提出不通过解拍,有效分离内、外转子各自不平衡振动响应的方法;通过理论分析和试验研究发现内、外转子不平衡振动之间的相互影响很小,提出用8影响系数法实现该类转子动平衡的方法。通过对双转子系统进行外转子单独平衡和内、外转子同时平衡的成功实践,证明8影响系数法能在保证足够高的平衡精度下,快速、高效地解决同轴式微速差双转子系统的动平衡问题。具有十分重要的工程应用价值。

双转子系统动静碰摩动力学研究与基于振动加速度的实验验证

基于航空发动机动静碰摩故障的特点,建立双转子系统动静碰摩的动力学模型。模型中充分考虑机匣与轮盘碰撞时的弹性变形、接触渗透及弹性阻尼支撑,应用Hertz接触理论和库伦模型,建立干摩擦情况下双转子系统动静碰摩故障时的运动微分方程。运用四阶经典Runge-Kutta法进行求解,得到碰摩故障下双转子系统的动力学响应。因为实际的航空发动机转子的振动位移不易获取,多是测得轴承座或者机匣的振动加速度,为了提取碰摩状态下轴承座振动加速度特征,建立双转子系统试验台,进行动静碰摩实验,从轴承座测量振动加速度,通过频谱分析和包络谱分析方法,分析了轴承座振动加速度信号中的碰摩特征。结果表明双转子系统动静碰摩时,可将两个激励源的倍频和组合频率成分作为航空发动机动静碰摩故障的典型特征。而且当两个振源的频率值相互接近到20%的时候,双转子系统拍振信号强度较大。动力学仿真和实验取得了很好的一致性,验证了所提出的双转子系统碰摩模型的正确有效性。