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。

轴流式水轮发电机组不对中-碰摩耦合故障振动特性分析

针对轴流式水轮发电机组因联轴器偏角不对中引起的碰摩转子-转轮系统振动问题,基于修正的LuGre摩擦模型,该研究推导了联轴器不对中故障下转轮叶片碰摩力表达式。在此基础上,搭建了综合考虑不平衡磁拉力等外激励作用下系统动力学模型。采用数值方法研究了不对中角度对系统振动特性的影响,并结合Floquet理论分析了以转速为控制变量的系统周期解稳定性。结果表明,不对中的存在增大了系统发生失稳可能性,显著改变了系统动态特性。此外,不对中角度对转子与转轮振动响应的影响具有较大差异,随着不对中角度的增加,转轮振动变化明显且碰摩程度较为恶劣。该研究结果可为轴流式水轮发电机组安全运行及稳定性分析提供有益借鉴。

轴承不对中-碰摩耦合故障下双转子系统非线性振动特性分析

为揭示因轴承不对中导致的故障转子系统振动特性,基于坐标变换关系,推导了轴承不对中下转子偏转位移表达式。在此基础上,建立了综合考虑碰摩力、油膜力等外激励影响下双盘转子轴承不对中-碰摩耦合故障系统动力学模型,采用数值方法研究了转速及质量偏心对系统动态特性的影响。结果表明,轴承不对中故障会增加系统碰摩发生可能性、恶化轴系振动并加大系统非稳态运动范围。虽然不对中量的加入可在一定程度上延缓系统因参数变化引起的失稳运动,但据此产生的振幅增加与系统安全运行目标相悖,故应采取必要措施对轴承不对中故障加以控制。相关结论可为转子-轴承系统振动状态识别及稳定性分析提供有益借鉴。

转盘偏心距对不对中-碰摩转子动力学响应的影响

针对含转盘偏心的不对中-碰摩转子系统耦合故障导致的振动问题,建立不对中-碰摩耦合条件下的滑动轴承-转子系统动力学模型,考虑齿式联轴器不对中作用力、滑动轴承油膜力、转盘偏心距和碰摩等一系列强非线性的耦合。基于多参数、多目标协同仿真得到关键参数与系统响应的关联关系,并引入最大碰摩力和电信领域中占空比的概念对转子模型的动力学特性进行量化表征。研究结果表明:不对中的存在导致系统产生了2×、4×等偶数倍频,系统的轴心轨迹呈现出“8”字形,偏心距的变化直接影响了系统的周期运动类型和分布,当偏心距由小变大时,系统的一二阶临界转速显著提高,直接限制了油膜力的响应幅值,但不会影响不对中产生的2×频率幅值。最后得到此模型合理的偏心距取值范围。

航空发动机整机振动中的不平衡-不对中-碰摩耦合故障研究

针对航空发动机整机振动分析,建立了含不平衡-不对中-碰摩耦合故障的转子-滚动轴承-机匣耦合动力学模型.在耦合模型中,考虑了机匣运动,同时,充分考虑了滚动轴承间隙、非线性赫兹接触以及变柔性VC(varying compliance)等非线性因素;在耦合故障中,建立了不平衡、不对中和碰摩故障模型.运用数值积分方法获取了系统响应,研究耦合故障特征和规律.仿真计算分析表明了该模型的正确有效性.

不平衡-碰摩-不对中故障耦合作用下柔性转子-滚动轴承系统动力学分析与实验

研究柔性转子-滚动轴承系统在不平衡-碰摩-不对中故障耦合作用下的动力学响应.基于有限元与数值计算联合仿真方法,建立转子-滚动轴承系统的耦合故障柔性多体系统动力学控制模型.运用模态综合法建立柔性多体系统动力学模型,并自行编程建立非线性轴承力、碰摩力与不对中激振力模型.分析对比了系统在各种故障耦合作用下的振动特征图.结果表明,不对中故障对转子系统的整体振动影响较明显,不对中故障较严重时,整个系统振动形式更加复杂,并且仿真分析结果与实验结果能够较好的吻合,因此该方法可有效研究转子-轴承系统的不平衡-碰摩-不对中耦合故障特征.

不对中-碰摩转子系统动力学响应分析

建立不对中-碰摩-不平衡条件下的滑动轴承-转子系统动力学模型,综合考虑不对中、滑动轴承油膜力、转盘偏心量和碰摩等一系列强非线性的耦合。运用C语言环境下的四阶Runge-Kutta数值积分法,引入碰撞振子系统的分析方法对转子系统的碰摩分岔转迁行为进行分析,同时引入最大碰摩力和占空比概念对转子模型的参数变化引起的系统响应进行量化表征。结果表明:不对中故障导致转子系统产生2×、4×等偶数倍频率,并且2×频率幅值不随转速和系统参数的改变发生变化;轴承间隙和润滑油黏度的改变对系统响应产生了显著影响,具体表现为系统的稳定性随着轴承间隙的减小和润滑油黏度的增大而提高,特别是润滑油黏度的增大使得系统一、二阶临界转速明显增大。

双盘转子系统不对中-碰摩故障仿真及实验研究

本文建立了通过齿式联轴器连接、滚动轴承支承的双盘转子动力学模型。该模型引入了齿式联轴器啮合力,不对中力和碰摩力。同时搭建转子实验台,并且进行了低转速下不对中-碰摩实验,研究转子在低速下的动力学特性和碰摩力特征。结果表明:低速实验下转子碰摩对于整体振动影响不大,在低转速下会产生一定的分数频率,并对倍频幅值产生一定影响;仿真结果显示,随着转速的增加,转子与静子产生碰摩,系统逐渐产生分数频率,并且系统的运动稳定性变差,碰摩力变得无规律。

联轴器不对中-转子系统风车碰摩耦合故障动力学特性分析

联轴器不对中故障会对风车状态下的航空发动机转子系统振动特性产生不利影响。文中针对航空发动机特点,搭建了航空发动机低压转子风车不平衡模拟碰摩实验台,对实验器简化模型在风车状态下碰摩故障动力学响应特性进行研究。结合实验器建立转子系统集中质量模型,基于达朗贝尔原理建立了考虑非线性碰摩力、联轴器不对中力、油膜力及支承轴承力作用下的转子系统联轴器不对中-风车碰摩动力学控制方程,采用4阶Runge-Kutta法对动力学控制方程进行数值求解。结合时域波形图、频谱图、轴心轨迹图、庞加莱截面图和分岔图等分析了联轴器不对中量和碰摩刚度对转子系统风车碰摩动力学响应特性的影响。分析结果表明:联轴器不对中-转子系统风车碰摩耦合故障主要表现出碰摩故障特征,系统始终存在2倍转频且2倍转频幅值具有随着不对中量增加近似线性急剧增大的特性,最终成为系统的主要故障特征;随着不对中量增加,转子系统频率成分逐渐由低分数转频变化至整数高倍转频,且转子系统由周期运动经拟周期运动最终进入混沌运动状态。

带碰摩耦合故障的转子-滚动轴承-机匣耦合动力学模型

建立了含转子不平衡-松动-碰摩耦合故障的转子-滚动轴承-机匣耦合动力学模型。在模型中,充分考虑了转子系统的不平衡、基础松动及转静碰摩故障的耦合;对滚动轴承模型,充分考虑了轴承间隙、轴承滚珠与滚道的非线性赫兹接触力以及由轴承支撑刚度变化而产生的VC(varying compliance)振动。运用数值积分方法获取了系统响应,并利用振幅-转速曲线图、分叉图、相平面图、频谱图、Poincare截面图和轴心轨迹图研究了系统的分叉与混沌运动,分析了旋转速度、碰摩刚度、转子偏心量、轴承座质量、轴承座与机匣间的连接刚度以及机匣与基础间的连接刚度对系统响应的影响,得到了在不平衡-松动-碰摩故障耦合下的转子-滚动轴承-机匣耦合系统动力响应规律。

膜片联轴器耦合的不对中转子—轴承系统的不平衡响应分析

转子系统的不平衡是旋转机械最为常见的故障之一 ,它影响转子系统的振动品质。考虑了转子系统不平衡力的作用 ,建立了膜片联轴器耦合的转子—轴承系统的运动微分方程 ;并以膜片联轴器耦合的双跨转子—轴承系统为研究对象 ,分析了不对中状态下转子系统的不平衡稳态响应 ,重点讨论了两跨转子各结点之间的振幅差异 。

基于弹流润滑转子-滚动轴承系统碰摩-不对中耦合故障的动力学分析

研究弹流润滑(EHL)转子-滚动轴承系统在碰摩-不对中耦合故障状态下的动力学响应.基于EHL理论与Hertz弹性接触理论,并考虑转静碰摩故障与转子不对中故障,建立耦合故障作用下转子-滚动轴承系统非线性动力学微分方程,通过龙格库塔数值解法进行求解得到故障状态下系统振动响应,对比分析其结果并在航空发动机转子实验台进行验证.研究结果表明:①考虑EHL理论对单一碰摩故障系统的影响较大.考虑EHL理论的系统进入拟周期运动与周期2运动状态时的转速较未考虑EHL理论系统明显提高,周期2解所处的转速区间较未考虑EHL理论系统大.②考虑EHL理论对碰摩-不对中耦合故障系统的影响较大.考虑EHL理论的系统由周期1解进入拟周期运动,且进入拟周期状态时的转速较未考虑EHL理论的系统明显提高.③通过计算结果与实验结果进行对比分析,可发现考虑EHL理论的耦合故障系统的转子在1/2倍频与2倍频处的振动响应均弱于未考虑EHL理论的系统,考虑EHL理论的模型比未考虑EHL理论的模型能更准确体现耦合故障系统的振动响应.

耦合故障转子系统的降维及动力学特性

比较非线性Galerkin法和标准Galerkin法在处理滚动轴承和不对中、碰摩故障引起复杂非线性问题时的降维效果,并用非线性Galerkin法进一步分析故障转子系统的动力学特性.考虑花键联轴器不对中啮合力,建立不对中-碰摩耦合故障转子-滚动轴承-花键联轴器系统动力学模型,采用两种Galerkin法对转子系统进行降维,并进行数值仿真,利用分岔图和瀑布图等进行对比分析.结果表明:非线性Galerkin法在处理不对中单一故障及不对中-碰摩耦合故障转子系统所得结果均能与未降维系统较好地吻合,而标准Galerkin法所得结果则存在一定差别甚至出现降维方法失效;应用非线性Galerkin法进一步分析故障转子系统发现,尽管降维使故障转子系统的维数减少,但并未改变故障转子的动力学特性,其故障特征信息仍得到保留.

耦合故障转子系统SFD参数多目标优化

对于高速旋转的转子部件,振动的影响极其重要,而故障一旦发生,将破坏转子系统正常工作条件,产生噪音并引起振动加剧,如不加以控制,则会因振动过大造成机器损伤或严重破坏事故。工作参数合理的挤压油膜阻尼器(Squeeze film damper,简称SFD)通过提供适当粘性阻尼可有效抑制转子的振动幅值和故障所产生的非线性振动特征,若工作参数选择不当,其振动状态将比不加阻尼器情况更差。选取转子典型工况(转速ω=1000rad/s),以无故障、不对中故障及不对中-碰摩耦合故障转子系统振动特征幅值为优化目标,对SFD工作参数进行多目标优化。结果表明:不同故障状态下的转子系统,优化参数结果不同且对参数的敏感度不同;优化后的SFD能有效减小系统的振动幅值,无故障时1倍频幅值降低23%;不对中故障时1倍频幅值减小约43.4%,二倍频幅值减小约27.5%,三倍频幅值减小约66.7%;不对中-碰摩耦合故障时1倍频幅值减小约7.4%,2倍频幅值小约51.5%,3倍频幅值小约16.8%,验证了针对故障状态转子可变结构SFD工作参数优化方法的可行性。

含多耦合故障的转子系统的响应分析

为研究转子系统在不平衡—平行不对中—碰摩耦合故障作用下的动力学特征,建立了转子—线性支承耦合系统的动力学模型.通过Lagrange方法推导出系统的动力学方程,采用数值仿真的方式分别分析了联轴器不对中与碰摩故障的内在联系,讨论了联轴器不对中程度以及不同的转静间隙等对转子系统动力学特性的影响规律.计算结果表明:相比于单一的不对中故障,不对中—碰摩耦合故障会使转子系统的临界转速增大且所对应的横向位移变小.同时,发现了在临界转速的二分之一处系统的幅频曲线出现跳跃现象.此外,不对中程度的增大和碰摩间隙的降低,都会加剧转子振动,进而影响系统的平稳性.