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。

离心压缩机气体箔片轴承-转子系统设计与试验

氢燃料电池汽车离心空压机采用气体箔片轴承-转子系统,具有超高转速、清洁无油的运行等显著优势。然而,当前气体箔片轴承-转子系统的全面研发设计理论严重匮乏亟待解决。为此,提出了一种气体箔片轴承-转子系统的研发设计方案。基于经验公式和性能试验台,开展了氢燃料电池汽车离心空压机中气体箔片轴承-转子系统的设计与试验研究。结果表明:该设计方案可以有效保证空压机在全转速范围内的性能要求,其最大转速可达90000 r/min,最大压比和质量流量分别为3.53和0.156 kg/s。

基于流固耦合气体轴承-转子系统的动态特性分析

机床切削过程中所受的切削力可假设为稳态力和动态扰动力的合力,为探究以气体轴承作为支承的电主轴系统的动态特性,以正弦波作为动态扰动加载形式,提出采用简谐激励法与双向流固耦合数值模拟相结合的方法对气体轴承-转子系统的简化模型进行动态特性研究;对动刚度和阻尼系数进行辨识,并通过模态分析获得转子不同稳态力下系统振型及固有频率变化规律。研究结果表明:随稳态力的增加,下径向轴承的K_(yy)增长速率大于K_(xx),而交叉刚度和交叉阻尼均几乎不变;下径向轴承的主刚度大于交叉刚度,主阻尼大于交叉阻尼;当稳态力为50~200 N时,转子下端y向偏移均随动态扰动力频率的增加呈现先增大后减小的趋势;系统的共振频率随稳态力的增大而增大。

泵水润滑轴承-转子系统的动力学特性研究

针对当前泵水润滑轴承-转子系统模态分析与稳定性等动力学特性研究相对薄弱等问题,以设计的某高压多级泵为例,通过合理简化,建立研究该泵轴承-转子系统动力学特性的三维实体模型与数学模型;利用ANSYS进行的考虑惯性效应、不同角速度的多载荷模态分析生成了刚性支承坎贝尔图,计算得到了考虑陀螺效应的前4阶固有频率、3 000 r/min载荷下的正进动涡动转速(即临界转速);分析得出了系统在工作转速与非工作转速下的轴系不平衡响应曲线;恒定转速下突加激励时转子系统的瞬态特性分析表明,虽然突加激励力后转子系统会出现较大振动,但随后振幅逐渐减小并趋于稳定,说明该水润滑轴承-转子系统是稳定的刚性系统。

滑动轴承-转子系统不平衡-不对中-碰摩耦合故障动力学建模及响应信号分解

建立了非线性油膜力影响下不平衡-不对中-碰摩耦合故障的滑动轴承-转子系统动力学模型。模型中充分考虑了滑动轴承-转子系统中非线性油膜力的影响,并在此基础上建立了不平衡、不对中和碰摩故障耦合作用下的系统动力学模型,利用有限元分析方法获得系统振动响应。同时,在转子试验台上模拟耦合故障,获取实测信号与模型仿真响应进行对比分析。针对耦合故障振动响应中频率混叠的问题,提出一种微分耦合经验模态分解对系统响应进行分解,为各耦合故障征兆的获取提供基础。仿真与实验结果证明了耦合故障模型的准确性以及微分耦合经验模态分解的有效性。

轴承-转子系统不平衡周期响应的稳定性和分岔

研究了轴承-转子系统的非线性动力响应及分岔,建立了滑动轴承支承的对称单圆盘柔性转子系统的运动微分方程,针对转子系统具有的局部非线性特征,将Newton-Raphson方法和Wilson-θ法相结合,形成了一种求解转子系统不平衡周期响应的迭代方法。运用该方法使得非线性响应的迭代求解仅在非线性自由度上进行,并运用Floquet稳定性理论分析了转子系统周期响应的稳定性和分岔形式。以转速作为分岔参数,对轴承-转子系统进行计算分析。数值结果表明,系统主要发生倍周期分岔和准周期分岔,具有各种周期解共存、跳跃现象,随着转速的不断增加,系统周期解将发生倒分岔和再分岔。

轴承-转子系统中滚动球轴承的动力学相似设计

针对轴承-转子系统缩尺模型中轴承的动力学相似设计问题,基于量纲分析法和相似π定理,建立了轴承-转子系统中滚动球轴承模型的动力相似准则,获得了滚动球轴承模型与原型各动力参数的相似关系.在此基础上根据滚动球轴承刚度计算公式得出刚度与基本参数之间的相似关系,并进行了滚动球轴承接触变形和最小油膜厚度的数值验证.最后通过设计实例说明了所建立的相似关系在实际轴承-转子模型设计中的有效性和实用性.

气体稀薄效应对微机电系统(MEMS)气体轴承-转子系统不平衡响应的影响

为研究气体稀薄效应对微机电系统(MEMS)气体轴承-转子系统不平衡响应的影响,给出了MEMS气体轴承-转子系统运动方程和MEMS气体轴承的雷诺方程;利用双向隐式差分算法,给出了修正雷诺方程的详细数值求解过程;将转子运动方程与雷诺方程相结合,采用4阶龙格-库塔方法计算分析了气体稀薄效应对气体轴承-转子系统不平衡响应的影响。研究结果显示,考虑气体稀薄效应后,当质量偏心距较大时,MEMS气体轴承-转子系统的失稳轴颈转速较大,表明合适的偏心质量有助于改善系统的稳定性;在相同的质量偏心距下,考虑气体稀薄效应时气体轴承-转子系统在较低轴颈转速处出现峰值,表明此时不平衡偏心质量对气体轴承-转子系统运动的影响增大。

圆度误差对滑动轴承-转子系统摩擦功率损耗的影响

建立了存在圆度误差的滑动轴承-转子系统动力学模型,利用有限差分法求解雷诺方程,得到了油膜压力和油膜承载力。介绍了考虑圆度误差的滑动轴承-转子系统轴心轨迹计算方法及临界转速判定方法,根据计算的量纲一运行参数op得到具备普遍性意义的稳定性临界曲线,并给出了几种不同圆度误差度的系统稳定性曲线以及摩擦功率损耗图。研究结果表明,圆度误差对摩擦功率损耗影响明显,当偏心率在0.5～0.7范围内时,系统的摩擦功率损耗较低。

信息熵与广义集合集成的轴承-转子系统故障辨识方法

基于信息融合思想,对描述振动信号能量的3种信息熵测度,即时域的奇异谱熵、频域的功率谱熵、时-频域的小波能谱熵,在轴承-转子系统故障辨识中的应用方法进行研究.在根据广义集合概念对3种信息熵测度进行特征级的信息融合基础上,提出一种基于时空(场)广义信息熵集合的轴承-转子系统故障辨识方法.分析结果表明,该方法具有在三维特征空间图形化描述故障的状态域,使不同故障类别间显示出显著差别的性能,对提高辨识故障的准确率具有参考价值.

轴承-转子系统分岔参数的分维数识别法

广泛用于各行各业的转子系统的稳定性问题一直倍受关注· 而在当今失稳多是由于一些非线性现象的出现所引起,这就对转子系统的设计提出了更高的要求:考虑非线性因素,避开会出现非线性现象的不稳定参数点或区域· 若仅知未知系统的系列时间序列(有可能被噪声污染),如何识别系统运动性态的变化?为了探讨此问题,在本文中通过对一单盘Jeffcott转子的研究,得出了利用随参数变化的时间序列分维数趋势图,可以很好地识别轴承_转子动力系统发生分岔时的临界参数·

遗传智能采样技术的贝叶斯理论识别滑动轴承-转子系统不平衡量

轴承转子系统不平衡量识别过程中,在输出响应和模型中存在的不确定性参数一般采用概率法描述,通过贝叶斯理论获得不平衡量的联合后验概率密度分布时涉及大量采样.针对采样效率,提出了基于遗传智能采样技术改进贝叶斯理论.首先,以代价函数作为指示因子通过信赖域模型管理方法不断更新先验空间使其覆盖高密度后验空间,然后通过智能布点技术和样本遗传策略以有限的样本点集中呈现在联合后验概率密度分布的高密度区域,提高信赖域上关键区域的精度,从而加快收敛速度,减小耗时的正问题调用次数.最后将其应用于识别具有不平衡量先验信息和带有随机噪声的测试响应的滑动轴承-转子系统的不平衡量,获得不平衡量的均值、置信区间.案例显示能准确快速地抽样,提高了贝叶斯识别的计算效率.

滚动轴承-转子系统支承松动时的复杂运动研究

基于转子动力学、Hertz理论和非线性动力学理论,针对一端支座松动的滚动轴承-转子系统的运动特征,考虑了松动间隙的非线性情况,建立了系统的动力学方程.在对转子系统动力学方程进行数值积分之后,通过分叉图、庞加莱图、相图和关联维数等显示了转子系统随转速变化和松动间隙的扩展会出现复杂动力学现象,并且研究了滚动轴承-转子系统在支承松动时的分岔和混沌运动及其变化规律,得出了有工程价值的结论,这些结论可为该类故障的诊断提供参考.

动压气体轴承-转子系统的分岔和混沌

基于非线性动力学理论,研究了气体动压轴承-转子系统的不平衡响应及分岔行为。建立了与时间相关的非线性气体动压轴承的压力分布模型和气体动压轴承-刚性Jeffcott转子系统的动力学模型。运用有限差分法和逐次超松弛迭代法求解动压气体润滑雷诺方程;运用轨迹图、Poincaré映射图、时间历程图、频谱图和分岔图研究了有限宽气体轴承支承的非线性转子系统的不平衡响应及分岔;数值模拟结果揭示了系统存在复杂多样的非线性现象,这对气体润滑轴承支承的实际轴承—转子系统的设计提供了理论依据。

考虑油膜不确定性的滑动轴承-转子系统不平衡量识别

针对滑动轴承-转子系统不平衡量识别过程中滑动轴承油膜特性系数的不确定性,提出了考虑油膜不确定性的转子系统不平衡量的识别方法。该方法考虑滑动轴承油膜特性系数为不确定因素,基于区间数学理论和一阶泰勒级数展开式的区间法将具有不确定性结构的不平衡量识别问题转化为两类确定性结构的不平衡量识别问题;对于确定性结构的不平衡量识别问题根据滑动轴承-转子系统运行时不平衡量是以不平衡力的形式作用于主轴上,提出将不平衡力在时域内用一系列的脉冲函数来表示,利用滑动轴承-转子系统的瞬态响应分析方法来构建正问题,结合正则化方法处理不平衡量识别中的病态问题,获得转子系统不平衡量的上边界和下边界。通过一转子实验台检验了不平衡量识别方法的有效性和鲁棒性。

立式蜗壳泵轴承-转子系统瞬态动力学响应研究

为提高立式蜗壳泵的运行稳定性,数值模拟了泵内部流场,获得了不同工况下的径向力分布规律。利用"COMSOL"软件计算了"湿态"下泵轴承-转子系统瞬态响应,对比了单、双蜗壳模型泵转子的振动特性,计算了双蜗壳模型泵转子的振动位移、轴心轨迹,分析了小流量工况下导轴承油膜压力和厚度分布规律。结果表明:2种蜗壳型式下,叶轮承受的径向力均具有周期性,且随着偏离设计工况点,叶轮径向力逐渐增加;与单蜗壳模型泵相比,双蜗壳模型泵的径向力显著减小,转子振动减弱,在小流量工况下,转子在轴承处的振动峰对峰值降低了39.56%,叶轮振动总位移降低了15.17%,各个工况下,转子在导轴承处的振动峰对峰值均满足API标准的要求;"湿态"下转子系统的振动呈现周期性变化规律,转子在导轴承处的振动以半频为主,叶轮的振动以叶频为主;小流量工况下,导轴承内部油膜分布发生变化,油膜的四油楔分布导致了转子运行不稳定。

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.

磁浮轴承-转子系统非线性动态特性分析

考虑非线性电磁力对刚性Jeffcott转子系统的影响 ,采用Hopf分岔理论及CPNF法对系统平衡点解和周期解进行研究 ,数值仿真得到系统Jacobi矩阵特征值、轴心轨迹图和Poincare映射图。转子运动呈现Hopf分岔、倍周期分岔及拟周期运动等复杂的非线性动力学特征 ,其结果可为磁浮轴承

磁悬浮轴承-转子系统的分岔与混沌特性

研究磁悬浮轴承-转子系统主共振情形时的非线性动力学行为。由Taylor级数展开得到非线性电磁力的表达式。用Lung-Kutta法计算系统的运动响应。借助Poincare影射和Lyapunov指数对系统的运动形态进行分析。结果发现了在主共振情形下系统中由环面破裂产生的混沌现象及之后的由倍周期分岔导致的混沌现象。

椭圆轴承-转子系统快速运动状态分析

基于滑动轴承油膜力数据库的连续性分析,建立了椭圆轴承非线性油膜力的神经网络计算模型.该模型采用混沌扰动的BP算法训练网络,其计算结果吻合于数值解,和数据库计算方法相比,提高了计算效率.将油膜力的网络模型用于椭圆轴承-转子系统的运动方程中,可快速准确地获得系统的运动状态.在不同转速下,系统表现出同步周期运动、倍周期运动、拟周期运动或混沌等典型的非线性运动特性.应用实例表明,该模型可有效地用于旋转机械非线性动力学问题的研究.