碰摩转子─滑动轴承系统的分岔与混沌

以采用短轴承模型的 4自由度碰摩转子滑动轴承系统为力学模型 ,以转子角速度比、无量纲转子质量不平衡量、静子与转子刚度比和静子与转子间的动滑动摩擦因数为参变量 ,运用数值方法结合Floquet理论 ,研究系统稳态同步运动的分岔特性 ,在一定的参数域内得到系统的倍周期分岔和Hopf分岔的分岔参数曲面 ,证实分岔后混沌运动的存在。研究结果表明 :大的静子转子刚度比或大的静子与转子间的动滑动摩擦因数均易于导致系统结构失稳 ,表现为它们均存在各自的临界值 ,超过这个临界值后 ,系统的稳定同步运动参数区域急剧缩小 ,在原先的稳定同步运动参数区域内将产生包括混沌运动在内的复杂运动。

转子滑动轴承系统中油膜谐波振荡过程的试验研究

通过试验成功地呈现了轴系中油膜振荡过程的一阶固有频率和1/2、1/3次谐波振荡现象及分岔、混沌等非线性特征,进一步探讨了转子升降速产生次谐波油膜振荡的过程与机理。针对1/2、1/3次谐波油膜振荡锁频,双低频及幅频分岔图特性等现象,提出了进一步深入轴承转子系统非线性动力学行为研究的有关问题。

转子偏斜角不对中对滑动轴承系统运行稳定性的影响

为了进一步了解转子偏斜角误差对滑动轴承系统运行稳定性的影响,建立了带有转子偏斜角误差的滑动轴承系统动力学模型,研究了不同程度的转子偏斜角误差对滑动轴承油膜厚度分布、油膜压力场的分布、系统承载能力、工作运行稳定性以及轴颈摩擦功率损耗的影响。其结果表明,转子偏斜角误差的存在将会对油膜厚度分布和油膜压力场分布产生显著的影响;滑动轴承系统的承载能力因转子偏斜角误差的存在而呈现出增大的趋势;当偏心率<0.6时,轴承系统的运行稳定性将会随着转子偏斜角误差的增大而降低;而当偏心率<0.65时,偏斜角误差的增加对稳定状态下轴承系统中轴颈摩擦功率损耗的减小起到了促进的作用,当>0.65时,该摩擦功率损耗则随着偏斜角误差的增加而明显增加。

一种关于转子—滑动轴承系统稳定性的分析方法

求解线性化转子—滑动轴承系统微分方程的特征值,可以很好地解决线性系统的稳定性问题。但仅就稳定性问题而言,求解系统的特征根并不是一个好的办法,本文通过对线性化转子—滑动轴承系统的稳定性理论分析,求得转子—滑动轴承系统的李雅普诺夫函数利用李雅普诺夫第二定理进行判稳。数据结果表明,两种方法的结果是任意接近的。

转子-滑动轴承系统支承松动-碰摩故障动力学行为及评估方法

本文针对转子-滑动轴承系统支承松动-碰摩故障动力学行为进行分析,并提出基于动力学行为非线性度量的转子-轴承系统支承松动状态评估方法.应用非线性短轴承油膜力模型、松动刚度模型、Hertz接触理论等建立了带有支座松动故障的转子系统局部碰摩动力学模型,研究并分析松动-碰摩故障转子系统随支承松动间隙变化的动力学行为规律.提出基于动力学行为非线性度量的转子-滑动轴承松动-碰摩故障下支承松动状态评估方法,采取泰勒展开获得线性近似动力学模型,量化比较非线性模型与线性近似模型动力学行为的差异.建立松动间隙与非线性度之间的对应关系,直观反映松动间隙对系统动力学行为的影响程度,实现对转子-滑动轴承系统支承松动状态的评估.本文的研究可为转子-滑动轴承系统支承松动状态评估提供理论基础和支撑.

滑动轴承转子系统中制造误差建模方法的研究

由于滑动轴承工作表面的制造误差与油膜厚度在同一量级(μm)上,制造误差对滑动轴承转子系统运行特性的影响不可忽略。为了更好地表达轴承所含制造误差的完整信息,揭示滑动轴承制造误差对系统运行特性的影响规律,圆柱曲面三维制造误差建模已成为滑动轴承研究领域中的一个研究发展趋势。通过概括滑动轴承制造误差建模方法的国内外研究现状,分析传统误差模型、分形理论误差模型以及SDT三维误差模型的特点,并阐述了三种常用误差模型在滑动轴承中的建模研究,总结了制造误差模型在滑动轴承转子系统中建模的现存问题。通过对比分析表明:SDT三维误差模型能够更加合理地表征滑动轴承完整误差信息,基于SDT的滑动轴承三维误差建模方法在滑动轴承误差建模与运行特性的研究中具有重要意义。

基于Sommerfeld数的滑动轴承转子系统稳定性分析

系统介绍了基于非线性油膜力模型的滑动轴承转子系统稳定性分析方法,提出了基于转子轴心轨迹分析的系统稳定性判定方法及其数学计算方法。在系统分析过程中采用量纲一的Sommerfeld数来综合表示系统的主要参数,通过该参数可以很方便地分析计算系统的动力学特性及其稳定性,并给出了系统量纲一的稳定性临界曲线图。

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。

滑动轴承—转子系统大参数范围非线性动力学特性

以采用短轴承模型的 4自由度滑动轴承─转子系统为力学模型 ,在充分大的参数域上 ,研究系统的第一次分岔特性以及某些参数范围内系统的第二次分岔特性。结果表明 ,在较低转速范围系统的第一次分岔为倍周期分岔 ,第二次分岔即倍周期运动的分岔具有Hopf分岔和鞍结分岔两种模式 ,前者会导致混沌运动 ;后者会导致运动失稳。

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.

滑动轴承-转子-定子系统耦合故障的非线性动力学特性

以某型发动机转子碰摩故障为背景,建立了滑动轴承-弹性转子-定子系统碰摩故障的四质量非线性动力学模型,分析了非线性油膜力、油膜剪力和碰摩力对转子系统耦合故障响应的影响·利用数值模拟分析了考虑油膜剪力情况下该系统的分岔与混沌运动,得到了该轴承转子定子系统在某些有实际意义的参数域内的非线性响应的Poincar啨映射图、Lyapunov指数曲线图、分岔图、相轨线图、轴心轨迹图和幅值谱图,发现了该系统的丰富的非线性行为·分析结果表明,系统响应在较宽的频率范围内存在着分频周期运动、拟周期运动和混沌运动。

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。

考虑温黏热效应的滑动轴承-转子系统动态响应分析

针对滑动轴承中润滑油温度的不稳定变化而引起的转子系统振动问题,从油膜润滑的雷诺方程出发,在Gumbel油膜边界条件假设下,推导出短轴承的非线性油膜力的计算公式。将润滑油温度变化时黏度的变化考虑在内,采用四阶Runge-Kutta法求解系统微分方程得到转子-轴承系统运动的时域图、轴心轨迹图、Poincaré图、频谱图、瀑布图和分岔图,分析滑动轴承-转子系统在润滑油温度变化下的动态响应。结果表明,使用不同润滑油时,温黏系数较大的润滑油对转子二阶临界转速附近的拟周期和混沌运动有更好的抑制作用;润滑油温度的升高有利于转子系统在低转速范围运行的稳定性,但在二阶临界转速附近,发生油膜涡动和油膜振荡所对应的转速区域会有所延长,不利于转子-轴承系统的运行。

制造误差对滑动轴承转子系统刚度和阻尼的影响

从制造的角度来看,滑动轴承转子系统的制造误差是不可避免的。通过分析和理解滑动轴承转子系统制造误差对其动力学特性的影响,可以帮助工程技术人员在设计阶段合理地设计制造公差,或者确保存在一定量制造误差的系统更加可靠地运行。本文提出一种理论分析方法来分析和表示制造误差对滑动轴承转子系统刚度和阻尼的影响。研究表明,滑动轴承转子系统的制造误差对轴承的刚度和阻尼有较大的影响,其影响的程度取决于由Sommerfeld数所表示的系统设计参数。

基于改进的传递矩阵法识别电主轴系统滑动轴承油膜特性系数

针对高速电主轴系统在重载下滑动轴承油腔复杂的情况,以及油膜特性系数不便于直接获取的难题,提出了基于改进的传递矩阵法识别滑动轴承油膜特性系数的参数识别方法。该方法将参数识别问题转化为最优化问题,通过最小化电主轴系统不平衡响应的实验值和计算值的偏差来识别滑动轴承油膜特性系数。针对建立电主轴系统动力学模型时要考虑电机转子的自重和电磁转矩的问题,提出改进Riccati传递矩阵法,建立滑动轴承油膜特性系数和转子不平衡量参数识别中的流固耦合动力学模型,引入电机的自重和电磁转矩,扩大状态向量维数为十维,获得计算电主轴系统的不平衡响应的位移传递矩阵模型。并采用隔代映射遗传算法来寻优。最后通过数值算例对这一方法的效率和精度进行了验证。

滑动轴承转子系统动力学稳定域的数值分析方法

根据Floquet理论定义了非线性非自治系统周期解的稳定度· 从动力系统流的概念出发 ,给出利用非线性非自治系统稳态周期解受扰后的瞬态响应 ,计算周期解稳定度的数值计算方法· 以稳定度等于零为临界判据 ,分析计算了滑动轴承平衡和不平衡刚性转子系统的稳定吸引域· 研究发现 ,平衡转子随着转速的升高稳定域减小 ;不平衡转子随着不平衡量的增大稳定域减小 ;

滑动轴承—转子系统的轴心轨迹分析及优化

为了解决滑动轴承—转子系统流固耦合结合部分的轴心轨迹的计算问题,采用Hahn法计算滑动轴承轴颈的轴心轨迹,传递矩阵法计算转子部分的轴心轨迹.并对滑动轴承—转子系统的轴心轨迹进行分析.以高回转精度和轻重量评价指标为优化目标,滑动轴承—转子系统参数为设计变量,采用高效微型遗传算法实现滑动轴承—转子系统轴心轨迹优化.通过算例检验此方法能高效率地解决轴心位移和轴系轻量化等优化问题.

滑动轴承-转子系统动力学研究若干成果

本文介绍近年来我们在滑动轴承-转子系统动力学理论和应用研究的若干结果：1．低频振动失稳机理：Hopf分岔；2．稳定裕度问题；3．非稳态分岔和碰摩；4．两跨转子实验中的双低频现象；5．轴系-支撑内共振与机组故障综合治理；6．非线性传递函数动平衡法。

滑动轴承-转子系统的模态锁定和混沌

分析了流体动压滑动轴承支承转子系统的稳定性和分岔。建立了流体动压滑动轴承-具有陀螺效应的刚性转子系统的运动方程,采用Hori轴承模型求解非线性油膜力及其Jacobian矩阵,将Poincar映射和Newton-Raphson方法相结合求解系统的周期响应,结合Floquet稳定性分岔理论分析系统周期响应的稳定性和分岔形式。将转速作为分岔参数发现,随着转速的继续增加,系统基本呈现准周期运动,但在某些孤立狭窄的转速范围内系统出现了模态锁定现象,随着转速的进一步增加,系统发生混沌运动。

基于ARM-Linux的滑动轴承实验系统设计

为提高滑动轴承实验系统的实时性及改善其科研性能,以ARM芯片为核心,研制了一种基于嵌入式系统的滑动轴承实验系统;系统由核心板和扩展板两部分组成,移植了嵌入式Linux操作系统,开发了友好的人机界面,可动态改变参数,二次开发性能优良;采用了模块化、标准化的硬件设计方法,介绍了嵌入式Linux的移植过程,详述了驱动程序的开发以及基于Qt/Embedded的应用程序设计;系统样机已完成,运行稳定,调试效果良好。