含松动-碰摩耦合故障转子系统的动力学特性研究

建立了含松动及碰摩多重故障耦合的转子系统动力学模型。采用四阶Runge-Kutta法进行数值仿真，得到了转子系统周期分岔图、最大碰摩力曲线图、松动轴承支座振幅图以及相图和Poincaré映射图，重点分析了松动质量对系统动态特性的影响。研究表明，松动故障使得转子系统在较低转速进入碰摩运动；亚谐运动、概周期运动、混沌运动的转速区间增加，同时与之对应的最大碰摩力、松动支座振幅较大。较大的松动质量可以降低松动轴承支座的振动幅值，同时使得系统在低转速较长区间处于无碰摩的周期一运动，有利于系统在故障条件下处于稳定状态。     

松动-碰摩耦合故障转子系统振动特性分析

针对动态油膜力下带有支座松动 碰摩耦合故障的转子 轴承系统的非线性动力学模型,采用数值模拟等方 法,考察其随转速比变化及改变最大松动间隙值时发生松动和碰摩故障的分岔与混沌特性,并分别与相同参数条件 下带有支座松动故障的转子系统和碰摩故障转子系统进行比较,得到如下结论:该耦合故障系统中碰摩与松动故障 主要发生在主共振区、油膜振荡区及转速比大于3.4的转速范围内,发生碰摩故障时系统运动多为混沌运动;随着 松动最大间隙值的减小,碰摩的转速范围越来越大,而发生松动的转速范围越来越小;两种故障的产生相对独立。     

非稳态油膜力作用下非线性刚度转子系统的碰摩故障分析

研究了在非稳态油膜力作用下非线性刚度转子系统发生碰摩时的振动问题。建立了非稳态油膜力作用的非线性刚度转子一轴承系统碰摩模型，应用数值分析的方法对其进行研究。通过Poincare截面图、轴心轨迹图、波形图和频谱图，直观地显示了系统在某些参数域中的运动状态。发现了由于油膜力作用出现油膜涡动和反向涡动现象以及倍周期分岔、概周期和混沌等复杂的动力学行为。数值分析结果为该类转子一轴承系统的设计和运行状态控制提供了理论参考。     

转子系统松动与碰摩耦合故障非线性特性研究

建立了带有支座松动故障的非线性刚度转子系统局部碰摩动力学模型 ,利用数值积分和 Poincaré映射方法 ,对转子系统由于支座松动与局部碰摩耦合故障导致的非线性动力学行为进行了数值仿真研究 ,给出了系统响应随转子转动频率和偏心量变化的分岔图和一些典型的 Poincaré截面图、相平面图、轴心轨迹和幅值谱图等 ,以及非线性刚度对系统响应的影响。从中发现此类非线性振动系统具有周期、倍周期和混沌等复杂的动力学行为     

挤压油膜阻尼器滑油黏度—转子风车碰摩特性分析

基于达朗贝尔原理建立了考虑非线性油膜力、碰摩力等作用的双盘—滚动轴承转子系统碰摩动力学运动方程,采用四阶Runge-Kutta法对方程求解。结合时域波形图、频谱图、轴心轨迹图及庞加莱截面图等分析了挤压油膜阻尼器滑油黏度对转子风车定点碰摩动力学特性的影响;拟合求解结果得到风车状态下滑油黏度—稳态运动边界曲线。结果表明:滑油黏度在一定范围内可以有效抑制碰摩响应;滑油黏度较大时,挤压油膜阻尼器对涡轮盘的减振作用失效;滑油黏度—稳态运动边界曲线将系统运动状态分为非稳态区和稳态区,且稳态区在滑油工作黏度范围内随之增大而增大。     

挤压油膜阻尼器长径比对风车碰摩转子系统动力学特性影响

为了研究挤压油膜阻尼器长径比对转子系统风车定点碰摩动力学特性的影响,搭建了转子-轴承-刚性机匣系统风车不平衡模拟碰摩实验台,简化实验器得双盘-滚动轴承转子模型,在实验之前对双盘-滚动轴承转子风车状态下定点碰摩故障动力学响应特性进行研究,为实验做出相应的预估。将双盘-滚动轴承转子系统碰摩模型简化为集中质量模型,基于达朗贝尔原理建立了考虑非线性油膜力、碰摩力以及支承轴承力作用的双盘-滚动轴承转子系统碰摩非线性动力学运动方程,采用四阶Runge-Kutta法对动力学运动方程进行求解,分析了系统响应位移随挤压油膜阻尼器长径比的变化规律。结果表明:长径比是影响转子系统运动状态的敏感参数,若增大长径比,转子系统运动状态先后经历混沌运动、周期运动、拟周期运动和混沌运动,之后一直维持在混沌运动状态;随长径比增大,转子系统抗失效不平衡量呈现先增大后缓慢减小的趋势;长径比在0.4时,转子系统抗振性能最优。     

非稳态油膜力的转子-定子-轴承系统碰摩故障研究

利用拉格朗日（Lagrange）方程建立了非稳态油膜力的转子-定子-轴承系统碰摩故障的力学模型,应用数值分析对其进行研究,得出转子系统在激励频率作为唯一控制参数时系统的轴心轨迹图和分岔图;对该系统响应的非线性行为和故障机理进行分析,从而为该类转子系统故障诊断和系统的安全运行提供理论依据.研究结果表明,当激励频率作为唯一控制参数时,系统存在周期运动、拟周期运动和混沌运动等丰富的非线性现象.     

质量偏心影响下的碰摩转子非线性分析

利用拉格朗日方程建立了非稳态油膜力作用下的转子-定子-轴承系统碰摩故障的力学模型,应用数值分析方法研究了该系统随质量偏心变化时的时域波形、轴心轨迹和Poincare截面,揭示了系统分岔特性和进入混沌的途径.研究结果表明:当质量偏心作为唯一控制参数时,系统呈现出复杂的非线性动力学行为.该结果为大型旋转机械的故障诊断提供了理论依据.     

碰摩转子振动特性的影响因素分析术

转子碰摩故障一方面比较常见,另一方面其机理复杂且危害很大,因此有关转子碰摩振动特性的研究受到广泛关注.针对两端刚性支承的Jeffcott转子,建立了碰摩转子的非线性弯扭耦合振动微分方程.分别采用四组实验数据,联合龙格-库塔法求解了模型的非线性动力学方程,并利用庞加莱映射图、轴心轨迹图和位移图分析了碰摩转子系统的非线性响应和混沌等动力学特性,获得了一些有益的结论,从而为碰摩转子系统的优化设计与故障诊断等方面的应用奠定了理论基础.     

发动机转子系统碰摩-裂纹-松动耦合故障作用下动力学特性分析

建立了滚动轴承支承下的双跨转子系统非线性动力学模型,采用四阶-五阶定步长Runge-Kutta法分析比较了系统在无故障、碰摩故障、裂纹故障、一端松动故障以及碰摩-裂纹-松动耦合故障5种工况下随着转速变化的转子动力学响应。数值分析了在碰摩-裂纹-松动耦合故障工况下转子不平衡量、碰摩刚度、松动端轴承座质量对系统响应的影响。结果表明:当系统存在碰摩故障时,一阶临界转速有所提高,动力学行为更为复杂;存在裂纹故障时,一阶临界转速有所降低;存在松动故障时,响应混沌区域变大;存在三种耦合故障时,超一阶临界转速响应出现大面积混沌。随着转子不平衡量、碰摩刚度的增大,响应趋向于混沌,松动端轴承座质量在高速下响应具有敏感性。     

有摩擦的非线性多转子系统的动力特性

用近代非线性动力学理论分析弹性支承有间隙和摩擦的非线性刚性多转子系统的复杂运动，建立支座松动和有摩擦的弹性支承的力学模型，导出这类多转子系统的运动微分方程组，用数值方法得到系统在某些参数区域内的轴心轨迹图、Poincare映射图和分岔图等。以转子转速、刚度、阻尼、摩擦系数、轴承间隙或时间等为控制参数讨论了进出混沌区的不同路径和系统各种形式的拟周期、倍周期和混沌运动。分析结果为定性地改善转子系统的稳定运行状态提供理论依据。     

转子系统支承松动的分岔特性与故障诊断

滚动轴承转子系统支承松动故障是旋转机械故障中常见且危害较大的故障,针对滚动轴承转子系统支承松动故障,考虑轴承松动间隙的非线性情况,以转子动力学、Hertz理论和非线性动力学理论为基础,建立含支承松动的转子系统动力学模型.通过数值仿真研究转子系统在松动间隙扩展时显示的分岔和混沌运动等复杂动力学现象及变化规律,研究表明,支承松动的转子系统在较低的转速和较小的间隙下也会出现混沌运动.这些结论为该类故障的工程诊断提供依据.     

高速主轴系统非线性动力学建模与数值仿真

为了深入分析主轴-刀柄系统的非线性动力学特性,以高速切削机床的主轴-刀柄系统为研究对象,综合考虑主轴-刀柄结合面及角接触球轴承非线性接触力,基于铁木辛柯梁理论建立了包含转动惯量、剪切变形及偏心质量影响的主轴-刀柄系统有限元动力学模型。对该模型进行数值计算的结果表明,由于主轴-刀柄结合面及支承轴承处非线性接触力的存在,主轴-刀柄振动系统具有非常复杂的周期运动、倍周期运动和混沌运动,倍周期分岔是主轴-刀柄系统通向混沌的主要道路。系统在某些偏心量下经历几次倍周期分岔最终会产生混沌运动,应在实际设计过程中尽量避开该参数区域。     

流体动压轴承-转子动力系统的分岔和混沌

运用非线性动力学现代理论对一流体动压轴承一柔性转子非线性动力系统进行研究。以转速作为系统控制参数，将预估．校正机制、Poincar6映射和Newton打靶法相结合形成一种周期解预测跟踪算法，运用该方法研究了系统的非线性不平衡周期响应及其分岔点；运用Floquet稳定性分岔理论研究了系统周期响应的稳定性和分岔形式；运用FFT、功率谱、Lyapunov指数谱分析了系统响应的瞬态混沌现象。数值结果展现了系统具有周期、拟周期、多解共存、跳跃、瞬态混沌等丰富复杂的非线性现象。     

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。     

支承松动的质量慢变转子系统混沌特性研究

建立了带有支承松动故障的质量慢变转子系统的动力学模型，利用数值积分和Poincare映射方法，对该转子系统由于支承松动故障而导致的动力学行为进行了数值仿真研究。给出了系统响应随转子转动频率变化的分岔图、最大Lyapunov指数曲线图、典型的Poincare截面图和幅值谱图等，以及质量慢变系数对系统响应影响的分岔图。结论表明：转子的横向均为多周期运动，纵向响应几乎均为混沌运动；随着转动频率的增加，转子的振动幅度出现波动，而在2倍固有频率处达到极小值；质量变化幅值系数的增加致使混沌运动的频率区间增大等。     

非线性挤压油膜阻尼器-转子系统周期解的分叉及稳定性分析

应用油膜力数据库方法获得非线性油膜力 ,采用非线性动力系统的稳定性及分叉理论对非线性挤压油膜阻尼器 转子系统非线性动力特性、非协调运动及周期解分叉的稳定性进行了分析。揭示了SFD 转子系统在特定参数范围内存在系统亚谐波、概周期和混沌等非协调运动 ,及从同步周期运动分叉发生一系列倍周期运动、最后导致转子 轴承系统混沌运动的过程。数值计算得到了SFD 转子系统发生周期解分叉时的分叉点、分叉图及周期解分叉而失稳的 3种情况 :即鞍结分叉、Hopf分叉及倍周期分叉。最后采用Floquet理论对SFD 转子系统的稳定性进行了分析。研究结果为实际SFD 转子系统的设计和研究提供了理论依据。     

齿轮系统参数平面内的分岔结构

基于含有间隙和时变啮合刚度的非线性单级齿轮系统动力学模型,对参数平面内周期运动和混沌运动的分岔结构进行了研究。通过分岔计算得到了啮合刚度的波动幅值、激励频率、激励力的波动幅值以及平均激励力分别与阻尼比构成的参数平面内的域界;通过多项式曲线拟合,得出了相应的域界方程;并由拟合方程确定了周期运动的稳定参数域和混沌吸引子的激变点。结果表明,通过对参数平面内分岔结构的研究,稳定参数域可以为非线性齿轮系统的分析和设计提供依据;混沌吸引子的激变点有助于确定不稳定周期轨道,以便于控制混沌。     

机械故障诊断的非线性动力学原理

系统地介绍故障诊断的动力学原理,重点是机械故障诊断的非线性动力学原理.将机械装备分为可建模系统和不可建模系统.对可建模系统,基于分岔理论的故障机理分析,可对某些疑难振动故障的机理、控制和预测提供指导,以旋转机械为例,介绍建模方法.对不可建模系统,根据混沌动力学理论,应用实测振动数据可对系统进行相空间重构,根据表征能量分布的奇异谱的谱型可判断故障发生的根源.通过介绍,希望引起更多学者的注意和参与,相信这个研究方向对复杂装备制造水平的全面提升和非线性动力学理论的发展都是有意义的.