考虑瓦块磨损的可倾瓦径向轴承-转子系统动态特性研究

针对含有瓦块磨损故障的可倾瓦径向轴承-转子系统润滑和振动特性耦合建模问题,考虑了瓦块磨损、转子与瓦块平摆振动和轴承混合润滑的影响,提出了可倾瓦径向轴承-转子系统的混合润滑动力学模型,研究了不同磨损率下转子振动特性和轴承润滑性能的动态响应,探明了转子偏心量、转速和预载荷系数等参数与磨损率的耦合作用对轴承-转子系统动态特性的影响。结果表明:转子在磨损瓦块位置的振动位移和振动加速度随磨损率的增加而增大;与无磨损轴承相比,磨损轴承的转子加速度峰值频率会额外激起转频的偶次倍频;多瓦块磨损会导致转子振动响应和轴承油膜压力显著增大。该研究结果可为可倾瓦径向轴承-转子系统的状态监测及故障识别提供理论参考依据。

固定瓦-可倾瓦组合径向轴承-柔性转子系统非线性运动分析

针对流体润滑中具有Reynolds边界条件的非定常Reynolds方程,运用Castelli法求解Reynolds方程,生成了单块轴瓦坐标系下的非线性油膜力数据库。根据固定瓦-可倾瓦组合滑动轴承的结构特点,对单瓦库进行检索、插值和拼装,获得了固定瓦-可倾瓦组合径向滑动轴承的非线性油膜力。针对柔性转子-组合滑动轴承系统,运用自适应步长Runge-Kutta法和Poincar啨映射计算了不同支点比下的轴颈的非线性运动轨?J到峁砻?转子系统表现出周期解,倍周期解和准周期解等非线性现象,支点比为0.6时的系统性能略优于支点比为0.5时的系统性能。

固定瓦-可倾瓦滑动轴承转子非线性系统的动力特性分析

运用变分约束原理求解固定瓦–可倾瓦滑动轴承的非线性油膜力,根据油膜的物理特性,在动力积分、迭代过程中实时形成修正的Reynolds方程变分形式的有限元方程及其扰动方程,使其等价为变分不等式。运用八节点等参有限元方法,求解修正的变分形式的有限元及其扰动方程,计算了单块瓦坐标系下的油膜力,在几乎不增加计算量的情况下,使得单块瓦坐标系下的油膜力的Jacobi矩阵同时计算完成,并且具有协调一致的精度。通过组装技术得到固定瓦–可倾瓦滑动轴承的非线性油膜力,刚度和阻尼系数。运用Poincaré映射和Runge-Kutta方法得到固定瓦–可倾瓦滑动轴承支承的对称刚性转子系统的不平衡响应,分析轴瓦的支点位置和预负荷对转子的稳定性的影响,数据结果展现了固定瓦–可倾瓦轴承转子系统的周期解、倍周期解和准周期解等丰富复杂的非线性现象。

可倾瓦轴承-转子系统非线性动力行为

运用变分约束原理,在动力积分、迭代过程中修正了流体润滑的Reynolds方程的变分形式,使其等价为变分不等式。运用八节点等参有限元方法,计算了单块瓦的非线性油膜力,并通过组装技术求解得到5瓦可倾瓦滑动轴承的非线性油膜力。运用Poincar映射和Runge-Kutta方法,分析了5瓦可倾瓦滑动轴承支承的对称刚性转子系统的不平衡响应。数据结果显示了可倾瓦轴承-转子系统的周期解、倍周期解和混沌运动等非线性现象。

可倾瓦径向滑动轴承支承的转子系统瞬态响应计算

研究了可倾瓦径向滑动轴承支承的转子系统瞬态响应的计算方法。提出了可倾瓦径向滑动轴承非线性油膜力计算的数据库方法，将可倾瓦与轴颈的结构和运动参数归结到三个参数中，建立起可倾瓦的非线性油膜力数据库，通过精确插值得到每一运动参数组合下轴承提供的油膜力和轴瓦上所受的油膜力矩。这种求油膜力的方法具有与数值方法相同的精度，而计算效率却可以成几百倍地提高。对计算结构动力响应的精细时程积分法加以改进，并将其引入到转子系统瞬时响应的计算中，这种方法无条件稳定，可以得到齐次部分的精确解。将数据库方法与精细时程积分法相结合，具有很大的优越性。

固定瓦-可倾瓦微气体轴承-转子系统的非线性运动分析

针对固定瓦-可倾瓦微气体轴承,考虑气体稀薄效应,给出了具有Burgdorfer一阶滑移速度边界的Reynolds方程,运用微分变换法结合有限差分法求解方程,得到了各瓦块在单块瓦坐标系中的非线性气膜力,然后通过组装技术获得了固定瓦-可倾瓦微气体轴承的气膜力。针对固定瓦-可倾瓦微气体轴承支撑的刚性Jeffcott转子系统,运用转子中心轨迹图、Poincaré映射图和时间历程图分析了转子的不平衡响应,比较了努森数、转速等对转子系统非线性特性的影响。数值结果表明:稀薄效应对转子中心的运动轨迹有较大影响,转子系统的不平衡响应表现为周期一运动、周期三运动和周期四运动。

冲击激励下轴线失准转子-磁轴承系统不对中定量研究

为研究和识别转子系统在轴承处发生的平行角度混合不对中,提出一种频谱辨识转子-磁轴承系统固有不对中量大小的方法.采用动量矩定理将圆盘不平衡力对转轴的影响等效到转子轴向力上,建立考虑轴向径向耦合效应的刚性双偏置圆盘转子-磁轴承系统的动力学模型;通过SIMULINK仿真得到系统时域下的位移和电流响应,分析不对中条件下转子系统动力学特性,并利用快速傅里叶变换将时域响应转换为频域响应,基于频域下最小二乘算法得到转子系统不对中量大小.结果表明:在冲击激励影响条件下,采用该方法计算的不对中量大小误差均在5.0%以内,当转子受到外界扰动力时,该算法能够准确定量识别转子的不对中量,可为不对中转子-磁轴承系统故障诊断及自修复提供理论参考.

五瓦可倾瓦轴承-转子系统临界转速的研究

针对CAP1400常规岛给水泵轴承-转子系统模型,设计了五瓦可倾瓦滑动轴承,利用得到的轴承油膜动力特性系数来求解不同支撑工况下的临界转速,并通过给水泵热态联机试验测试轴承的振动特性.结果表明:可倾瓦轴承刚度和阻尼系数随着转速变化而呈现不同的特性;刚性支撑下的临界转速大于弹性支撑下,而"湿态"工况下水膜刚度的增加使得临界转速大于"干态"工况下,并且远大于实际运行转速;试验测得轴承垂直、水平和轴向上振幅与振动速度均满足国家标准要求.

主动控制可倾瓦轴承-转子系统动态性能仿真研究

为了主动控制径向滑动轴承转子系统的振动性能,提出了调节径向滑动轴承可倾轴瓦的径向位移及周向角度的方法来实现主动控制,开展主动控制可倾瓦轴承-转子系统动态性能理论仿真研究,以掌握该主动控制方法对轴承转子系统振动特性的影响规律。建立了不同径向位移和周向角度的可倾瓦轴承静动特性以及转子系统轴心轨迹理论计算方法,在控制不同可倾瓦径向位移及周向角度的情况下分析轴承的静动态性能,并对其轴心轨迹进行分析。理论研究结果表明,增加对轴瓦径向位移和周向角度的控制量可以有效减小转子轴颈振幅,提高轴承-转子系统的运行稳定性,为可倾瓦轴承-转子系统实现主动控制奠定了理论基础。

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。

基于主动润滑可倾瓦轴承转子系统的振动主动控制

研究一类可倾瓦支承的单盘非对称转子系统的振动主动控制问题。首先建立了系统的非线性动力学方程,针对主动润滑控制系统设计了BP神经网络PID控制器对转子系统进行振动主动控制。通过计算分析可知,采用基于BP-PID的主动润滑系统能够很好的抑制系统的振幅,使系统在很高的转速时才发生油膜失稳,拓宽转子系统稳定运转的转速范围,在转子系统发生油膜失稳时系统的振幅也能够得到极大程度的控制。

轴瓦弹性变形对固定瓦-可倾瓦组合径向滑动轴承润滑特性的影响

采用一种新型耦合算法,将有限差分法和3D有限元法综合应用于求解油膜压力和轴瓦弹性变形过程中。与其他算法相比,该算法更为科学、合理,同时具有收敛快、精度高的特点。通过对固定瓦-可倾瓦组合径向滑动轴承的研究,分析轴瓦弹性变形对油膜厚度、油膜压力、油膜承载力、摩擦阻力及轴承端泄量等润滑性能的影响。研究结果表明,在大偏心率的情况下,轴瓦弹性变形对轴承润滑性能影响较大。

Alford力和可倾瓦轴承对三转盘转子轴承系统稳定性影响分析

将离心压缩机简化为三圆盘的转子轴承系统后,通过分析离心压缩机的运转机理,得到影响系统稳定的条件,进行参数优化,使其能够更好地运转。在三圆盘结构转子轴承系统受到Alford力和可倾瓦轴承支撑影响下,对转子轴承系统进行了稳定性分析。

基于可观测状态的轴承-转子系统周期解计算及稳定性分析

分析了轴承-转子系统的稳定性和分岔,基于系统可观测状态信息给出1种求解系统周期解及识别周期解稳定性的方法,同时将该方法与Floquet理论相结合分析系统周期解的稳定性及失稳分岔形式,将转速作为分岔参数分析系统响应的周期、拟周期、多解共存和跳跃现象.结果表明,采用该方法计算系统周期解及稳定性时,利用系统可观测稳态和瞬态信息,即可求解出系统Jacobian矩阵而无需实时求解轴承非线性油膜力的Jacobian矩阵.与传统PNF方法相比,该方法不仅具有很高的精度而且可以节约计算量,同时可以预测追踪随控制参数变化的系统周期解及其稳定性,可用于指导轴承-转子系统的非线性动力学设计.

可倾瓦轴承支承CAP1400转子系统的临界转速计算

针对CAP1400型核电站常规岛主给水泵CAP1400可倾瓦滑动轴承-转子系统安全、平稳运行问题,利用有限元QZ算法计算不同支承工况下的临界转速。首先通过可倾瓦径向轴承运行机理设计五瓦可倾瓦轴承,计算轴承的油膜厚度、刚度和阻尼等非线性动力参数;其次建立轴承-转子系统模型,采用油膜的特性数据求解可倾瓦轴承-转子系统在刚性支承、弹性支承以及"湿态"支承工况下的临界转速;最后对给水泵进行联机试验,采集不同流量工况下轴承不同方位的振动值。结果表明,可倾瓦轴承的油膜厚度和刚度随着转速的增大而增大,阻尼随着转速的增大而减小;刚性支承下的临界转速大于弹性支承,而"湿态"工况下水膜刚度的增加使得临界转速大于"干态"工况下的临界转速,并且远大于实际运行速度;试验测得轴承垂直、水平和轴向方向振动值与振动速度均达到国家标准,轴承进油、回油温度也满足设计要求。临界转速的计算与试验结果为CAP1400常规岛给水泵可倾瓦轴承-转子系统安全平稳地运行提供了设计依据。

弹性支点可倾瓦轴承油膜间隙动态挤压的影响研究

针对高速转子-弹性支点可倾瓦轴承在内外激励下导致的轴瓦振动与油膜间隙动态变化问题,建立了转子-油膜-轴瓦-弹性支点系统的等效模型,通过分析转子与轴瓦的振动响应,研究了转子和弹性支点轴瓦之间的动态追随与油膜间隙动态挤压过程,揭示了自激励下转子质量与动平衡等级、轴瓦质量、弹性支点刚度和转速以及外激励下扰动参数与弹性支点刚度对弹支瓦动态油膜间隙动态挤压效应的影响规律。结果表明:转子动平衡等级和弹性支点刚度对轴瓦动态油膜间隙的影响较大,提升转子动平衡等级、合理设计较大参数的弹性支点刚度,可以显著减小不同激励下弹支瓦块的动态油膜间隙的振动幅值,缩短扰动激励后系统恢复稳定的时间;弹支瓦系统在全转速范围内运行时,动态最小油膜间隙随着转速的上升呈现先减小后增大再稳定的变化趋势,增大支点刚度可以显著提高动态最小油膜间隙的极小值及其出现的转速位置。本研究对于高速轴承转子系统中可倾瓦块的弹性支点设计具有一定的理论指导意义。

轴承-转子系统运动分析及主轴振动的相位控制

为限制高速运动过程中轴承转子系统的振动及提高机床加工精度,提出了通过控制可倾瓦轴承转子的振幅和相位以降低主轴前端振幅来达到提高加工精度的方法.建立了刚性轴转子系统的五自由度振动模型,并求出了转子系统振动的微分方程;通过流量平衡法求得可倾瓦轴承的供油流量,并离散雷诺方程求出了可倾瓦轴承的油膜力;通过欧拉法得出了可倾瓦轴承转子轨迹,并通过空间直线方程得出了主轴前端转子运动轨迹;通过电磁致动器作为辅助控制装置调节可倾瓦轴承转子的切向加速度和法向加速度.算例的仿真结果显示可倾瓦轴承转子的轨迹收敛成圆形,并减小了前后轴承的相位差,主轴前端振幅降低了60.26%.

转子-滑动轴承-弹性基础耦合系统瞬态响应分析

建立了一种转子-滑动轴承-弹性基础耦合系统瞬态响应的分析模型,以可倾瓦径向滑动轴承支持系统为例,考虑了轴颈涡动对轴承动特性的影响,将转子振动和轴承动态油膜分布耦合求解,并计入温度、流态变化对轴承动特性的影响,分析了外载荷、节点位置及弹性基础的刚度阻尼对系统瞬态响应的影响规律。

基于非线性动态特性的轴承–转子系统振动分析

随着空气静压主轴在超精密加工过程中的广泛应用,对主轴的运动精度的要求不断提高,如何准确预测和提高主轴运动精度是十分必要的。基于空气静压轴承的非线性动态特性,研究空气静压主轴的振动特性和预测模型,探索非线性动态特性分析对主轴回转精度的影响。首先,对空气静压径向轴承的动态特性进行分析,建立气膜动态流动模型,采用扰动法求解模型得到轴承的非线性动刚度与动阻尼系数。将空气静压轴承内的气膜作为弹簧阻尼系统建立轴承–转子系统,并通过动力学分析建立了轴承–转子的动态振动模型。将轴承的非线性动态特性参数引入振动模型,结合MATLAB对模型进行求解,得出了空气静压主轴径向跳动误差曲线、偏转误差曲线和径向总振动误差曲线,并通过FFT数据处理对振动进行频域分析。通过对比分析得到非线性分析对空气静压主轴径向振动误差的影响。最后,搭建了空气静压主轴径向回转误差测量试验台,得到主轴实时回转误差信号,实现轴承–转子系统的振动动力学模型分析的实验验证。从空气静压径向轴承的动态分析可以看出,轴承的动刚度和动阻尼均呈非线性变化,随着偏心率的增加动刚度不断增加,而动阻尼不断减小。从轴承–转子系统的振动分析可以看出:1)非线性分析对主轴偏角振动误差有明显影响,而对径向跳动误差的影响不明显,说明非线性分析主要通过影响主轴的偏角误差从而影响径向总误差。2)定值分析时偏角误差的最大振幅基本稳定,而非线性分析时偏角误差的最大振幅存在一个增加过程并最终趋于稳定,并且非线性分析时最大振幅明显大于定值分析时的振幅。3)在供气开始一段时间内,非线性分析与定值分析下的径向总误差基本一致,但随着时间的增加,非线性分析下的最大振幅大于定值分析下的最大振幅,说明开始供气时非线性分析对径向跳动误差和偏角误差没有造成明显影响,当供气稳定时非线性的动刚度与动阻尼会对主轴转子振动幅度产生明显影响。4)从频域上看,非线性分析最大振幅处的共振频率为964 Hz,定值分析最大振幅处共振频率为986 Hz,非线性分析使最大振幅处的共振频率有所下降。5)非线性分析和定值分析在频率高于1 500 Hz时,转子的振幅变化都很小,说明频率大于1 500 Hz之后,转子振动比较稳定,此时气膜的振动频率与固有频率不容易发生共振。空气静压主轴回转误差实验的结果表明,基于非线性分析所得的主轴径向回转误差的误差率比定值分析所得主轴径向回转误差的误差率降低了1.43%～6.54%。因此,将空气静压径向轴承内气膜作为弹簧阻尼系统施加于转子之上可以实现轴承–转子系统的耦合振动分析,轴承非线性动态特征参数的引入实现了轴承动态性能对主轴动态振动的影响,通过基于非线性动态特性的轴承–转子系统的振动分析可以更加准确地研究和预测空气静压主轴的径向振动误差。

可倾瓦滑动轴承-转子系统振动及临界特性试验

极端条件下工作的大功率旋转机械支撑轴承,即可倾瓦滑动轴承(TPJBs)支承的转子其振动和临界转速超过设计极限可能导致机组故障3旨在研究大直径轴承的试验技术,为了给转子-轴承系统的设计提供实验支持,进行了振动监测实验。给出了传感器布置、监测系统和临界转速辨识方法。利用工厂试验台,获得了不同工况下的振动数据,提出了临界转速的无励磁辨识方法,并给出了由振动数据确定的转子临界转速及理论计算结果。通过实验结果与理论计算结果的比较,为转子-轴承系统的设计提供依据。