双盘悬臂转子-轴承系统基础松动故障分析

工艺操作变动造成的非正常振动以及安装不良等,均可能造成旋转机械的转子、支座及基础出现松动故障。综合考虑各种支座松动模型的优缺点,提出了一种松动模型,并基于非线性有限元理论,通过实验分析了松动故障对双盘悬臂转子系统的非线性动力学特性的影响,对机组的安全运行和延长机组工作时间具有重要的工程意义。

双盘悬臂转子轴承系统碰摩故障数值仿真与实验分析

分别建立了双盘悬臂转子轴承系统的力学模型、数学模型和碰摩力模型,同时利用转子碰摩故障的实验装置,研究了转子系统碰摩故障的非线性振动特性,对中间盘碰摩时转子系统的动力学特性、悬臂盘发生碰摩时转子系统的动力学特性进行了进一步分析,数值仿真结果与实验结果一致,对实际工程中转子系统的安全稳定运行具有一定的实际参考价值。

双盘悬臂转子轴承系统松动碰摩耦合故障分析

针对考虑松动-碰摩耦合故障的双盘悬臂立式转子-轴承系统,建立了该系统的力学模型和有限元模型,并基于非线性有限元方法和接触理论研究了松动刚度和碰摩间隙两个重要参数对系统动力学特性的影响。通过对在不同松动刚度和不同碰摩间隙时系统动力学特性的研究分析,发现转静件碰摩能够减小松动引起的低频振动,支座松动产生的碰摩具有明显的方向性,从而得出转子系统中诊断松动-碰摩耦合故障的依据。

叶片振动影响下双盘转子-轴承系统的稳定性与分岔

研究叶片与转子-轴承系统的耦合非线性振动,建立了一个带叶片的双盘转子-轴承系统的非线性动力学模型,其中包含一个弹性转轴、两个滑动轴承、两个刚性圆盘和两组弹性叶片。为了分析叶片的惯性影响,将其简化为单摆模型。采用4阶Runge-Kutta法进行了数值模拟,并利用分岔图、三维谱图、轴心轨迹和Poincaré映射图等方法分析了系统的非线性动力学特性。研究发现,随着转速的变化,系统响应演化出了倍周期运动、概周期运动、混沌运动和倍周期分岔等典型的非线性动力学行为。在与忽略了叶片振动的转子系统对比后发现,叶片振动使转子发生混沌运动的转速区域增大。在某些参数条件下,采用不同的叶片刚度,叶片振动可能引起转子系统产生混沌运动。

含碰摩故障的双盘转子-滚动轴承系统动力学特性分析

考虑滚动轴承非线性赫兹接触和轴承径向间隙以及由支撑刚度变化而产生的VC(Varying Compliance,VC)振动,建立了含碰摩故障的双盘转子-滚动轴承系统动力学模型。运用四阶变步长的龙格-库塔-基尔法获得系统的非线性响应;利用分岔图、最大碰摩力曲线、频谱图以及Poincaré截面图分析系统随转子转速的变化规律;应用简单胞映射方法研究分岔图在发生跳变时系统的吸引子共存问题。分析结果表明:随着转子转速的增加,系统将出现周期运动、拟周期运动和混沌运动;分岔图在发生跳变时,系统存在周期一和周期三吸引子共存现象;该分析结果对系统在不良参数区域时,通过合理控制系统的初值条件而获得理想的系统响应具有重要意义。

水平盘旋转子参数对滚动轴承系统非线性振动影响

以双盘转子-滚动轴承系统为模型,利用有限元法建立了动力学方程,并以数值方法为手段得到转子系统振动响应,分析了机动载荷、偏心对转子系统非线性振动及分岔特性的影响,为研究更加符合实际的复杂工况耦合故障的转子动力学系统提供理论指导.研究结果表明:在水平盘旋机动飞行下,在二倍临界转速附近系统产生丰富的非线性动力学现象;随着机动载荷的增加,主共振转速提高,并且在转速区间内系统的振动形式更多趋于稳定的单周期运动.水平盘旋下,转子系统不仅能发生1/2亚谐共振,在某些参数下还产生了一些低频振动.

滚动轴承内外圈损伤对双盘转子响应特性影响分析

针对滚动轴承支承下的双盘转子系统,考虑由于滚动轴承刚度变化而产生的变柔性(Varying Compliance,VC)振动,利用Lagrange方程建立了双盘转子-轴承系统动力学模型。在此基础上,考虑滚动轴承外圈、内圈局域损伤的典型故障,运用数值积分法,分别研究了系统轴承外圈、内圈局域损伤对系统动力学特性的影响。结果表明:轴承内外圈损伤会对双盘转子系统的动力学特性产生较大的影响,特别是在低转速阶段,轴承内外滚道出现损伤故障都会使其振动信号增大,且随着损伤的宽度越大,振动信号增大得越明显;外滚道的损伤会对轴承游隙的非线性因素产生干扰,而内滚道的损伤则会增强这一因素的作用。

转子系统拟周期演变为混沌运动过程分析

目的考虑主质体弹性分析具有局部碰摩的水平悬臂双盘-轴承转子系统的运动性态.方法对建立的转子系统碰摩动力学运动方程,进行计算机数值模拟,以碰摩体径向刚度为分叉参数,结合Poincaré截面图、波形图、相平面图、轴心轨迹图、功率谱图和自相关函数图,分析系统运动状态.结果发现在一定的碰摩体径向刚度数值条件下,系统由拟周期演变为混沌运动,这种演变过程是渐进的过程,演变过程中拟周期和混沌两种运动同时存在,称为拟周期混沌运动状态.这种运动状态并不稳定,随着碰摩体径向刚度的增大,拟周期解成分在不断减弱,而混沌解在不断增强,最终只存在混沌解.随着阻尼的增大,这种由拟周期演变为混沌运动的现象消失,且系统的分叉发生了根本性的改变.结论系统通向混沌的道路是周期3、倍周期分叉和拟周期运动演化为混沌运动.

考虑轴初弯曲时转子系统局部碰摩的分叉与混沌行为

考虑轴初弯曲和轴质量对圆盘参振质量的影响时,分析转子系统局部碰摩的分叉与混沌动力学行为,找到了转子系统通往混沌的道路。建立了系统力学数学模型,进行计算机数值模拟,以转速和阻尼为分叉参数,结合Poincare截面图、波形图、相平面图、轴心轨迹图、功率谱图和自相关函数图,分析了系统的运动状态。以转速为分叉参数时,转子系统响应经历了数次从混沌到周期解,再到混沌,再到周期解的过程,即混周交替出现过程。随着阻尼和定子弹性的增大,混周交替出现时转速范围明显减小;以阻尼为分叉参数时,随着偏心距的增大,混周交替出现时阻尼范围明显增大。结果表明,通向混沌的道路主要是倍周期分叉和阵发性分叉。

相对速度对转子碰摩运动特性的影响

采用库伦摩擦和非库伦摩擦两种摩擦力模型,分析转子系统碰摩分叉与混沌动力学行为,比较采用两种摩擦模型分析结果,找到转子系统通往混沌的道路。以转速为分叉参数,结合Poincar截面图、波形图、相平面图、轴心轨迹图、功率谱图和自相关函数图,分析系统运动状态。分析结果表明,采用库伦摩擦和非库伦摩擦两种摩擦力模型,采用不同参数值的非库伦摩擦力模型,转子系统响应均有明显不同;以转速为分叉参数时,转子系统经历数次从混沌到周期解再到混沌、再到周期解的过程,即混沌与周期运动交替出现。转子系统通向混沌的道路主要是倍周期分叉;转子实验台碰摩实验结果表明,采用非Coulomb摩擦模型模拟实际转子系统比较符合实际情况。