考虑螺栓联接结构的轴承-转子系统振动特性分析

针对含螺栓联接结构的轴承-转子系统,建立考虑陀螺力矩及因螺栓预紧力不均匀产生的初始变形量的非线性转子系统动力学模型。采用法求解转子系统运动方程,通过分岔图、时域曲线、频谱及Poincaré映射图研究存在轴承游隙时转子系统的混沌路径,并分析不同初始变形量及轴承游隙对转子系统非线性振动特性的影响,通过试验验证所得结论的准确性。研究表明,当存在轴承游隙时,预紧力不均匀产生的初始变形量增加会抑制低转速下盘的混沌运动,拟周期运动进入混沌运动状态的转速升高,临界转速附近的振动幅值增加,系统混沌路径发生变化;存在初始变形量时,随着轴承径向游隙增大,系统在低转速工作状态下即进入混沌运动运动状态,拟周期运动进入混沌运动状态的转速降低。研究结果可为含螺栓联接结构的轴承-转子系统设计提供理论参考。     

滚柱活齿传动非线性动态特性研究

为揭示滚柱活齿传动机构的非线性动力学行为,建立考虑活齿数、齿侧间隙和动载荷的平移-纯扭转耦合动力学模型。求解啮合线处的各零件间的相对位移,建立系统非线性动力学微分方程组,并对方程组进行坐标变换,然后进行量纲一化处理,利用数值分析软件求解量纲一化的微分方程组,获得传动机构的相图和庞加莱图,通过改变参数偏心距和啮合阻尼,分析参数变化对系统非线性动态特性的影响。结果表明,改变机构的偏心距,系统的运动状态发生变化;随着偏心距的减小,系统由混沌运动进入周期运动,然后经准周期运动再进入混沌运动;选取偏心距中间值,能够降低机构的振动响应幅值,提高机构运行的稳定性。     

轴向槽气体轴承-转子非线性系统的动力学行为

针对轴向槽气体轴承支承的转子非线性动力系统,研究了系统动力学行为的不平衡响应和分岔。采用矢量拟合近似求解的方法,建立了轴向槽气体轴承的有理函数模型,通过耦合转子运动模型,提出了一种轴向槽气体轴承-转子非线性系统动力学模型,在对其动力学行为求解过程中避免了对动态气膜力的反复求解,减少了计算时间。运用轴颈和圆盘中心的轨迹图、频谱图、Poincaré映射和分岔图分析了轴向槽气体轴承-转子系统的非线性不平衡响应和分岔行为。以转速为分岔参数研究了非线性系统从倍周期运动通向混沌的道路,以质量偏心为分岔参数研究了非线性系统的倍周期运动的倒分岔行为。数值结果表明轴向槽气体轴承-转子非线性系统存在复杂的动力学现象及分岔行为。     

盾构机多级行星轮系非线性动态特性研究

为揭示盾构机驱动刀盘的三级行星传动的主减速器系统的非线性动力学行为,建立了考虑行星数、齿侧间隙和动载荷的纯扭转耦合非线性动力学模型。推导啮合点处的各零件间的相对位移,建立系统微分方程组,对微分方程组进行坐标变换,并进行无量纲化处理,然后利用变步长四阶龙格库塔法对无量纲化微分方程组进行求解,获得传动机构的相图、庞加莱图,通过改变激励幅值和啮合刚度,分析参数变化对系统非线性动态特性的影响。结果表明,随着激励幅值的增加,系统由稳定的单周期运动状态进入二周期运动状态,然后经多周期运动进入混沌运动;随着啮合刚度的增加,系统由混沌运动状态进入多周期运动状态,最后稳定于单周期运动状态;增大啮合刚度ks3,以及减小激励幅值,均能提高系统的稳定性。     

5自由度磁悬浮轴承-转子系统非线性动力学研究

为了探讨磁悬浮轴承-转子系统的稳定性,从非线性多自由度的角度对5自由度主动磁悬浮轴承-转子系统的非线性动力学特性进行研究.在考虑电磁力、重力和不平衡力周期性影响的情况下,建立5自由度磁浮轴承-转子系统的动力学模型,通过泰勒公式对其进行非线性展开,运用多尺度法的基本原理对5自由度非线性微分方程进行复数处理.通过Matlab软件编程,借助庞加莱映射图和相图对系统的运动形态进行分析,得到在复数领域中的倍周期运动、拟周期运动和混沌运动的相图及庞加莱映射截面图.在试验过程中也发现,随着转速的增加,磁悬浮轴承-转子系统的轴心轨迹由有规律的稳定运动状态进入无规律的失稳运动状态.数值模拟和试验结果都表明:磁悬浮轴承-转子系统中存在丰富的非线性动力学现象,在不同参数条件下,系统存在稳定的倍周期运动、临界的拟周期运动和失稳的混沌运动现象.     

混合轮系扭转非线性振动建模与分岔特性分析

考虑齿轮副间的时变刚度、齿侧间隙及综合传递误差等因素,建立了风力发电机行星轮系-平行轴混合轮系的齿轮-转子系统扭转非线性振动模型;推导出了系统的量纲一化动力学方程,采用数值积分法对方程进行求解,得到了系统的非线性动态响应结果。综合运用分岔图、位移-映像图、功率谱线图研究了系统转速、啮合阻尼和齿侧间隙对系统分岔特性的影响。结果发现,系统在低速重载工况下具有复杂的非线性动力学特性;系统随转速的变化出现了单周期运动、拟周期运动和混沌等多种运动状态,系统通过Hopf分岔、阵发性激变途径进入混沌运动;阻尼过小将会导致系统的稳态运动由短周期运动向复杂的混沌运动转变。齿侧间隙是影响系统分岔特性的重要因素。     

基于Taylor变换法的转子系统分岔与稳定性研究

对双盘转子系统的非线性动力学模型，引入求解非线性微分方程的Taylor变换法，分析转子振动系统动力学特性以及激振频率等参数对系统的影响，利用非线性动力学分析中的打靶法求该系统的周期解，并利用Floquet主导特征乘子判断不同周期轨道的失稳方式。结果表明，考虑非线性油膜力影响后，转子系统的运动状态随转速增加由周期至二倍周期再至周期再至拟周期，或者经周期运动直接至混沌运动．不平衡质量影响转子系统的分岔阈值和分岔类型，阻尼对分岔阈值和系统的运动稳定性有一定的影响。     

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。     

轴向槽气体轴承—非线性转子系统的分岔和混沌

轴向槽动压气体轴承具有高精度、低摩擦、低噪声和高稳定性的特点,广泛应用于精密仪器、医疗器械、飞机仪表舱等设备。由于轴向槽动压气体轴承支承的转子系统是典型的非线性动力系统,所以必须采用非线性分析的方法来研究系统的动力学行为。因此,运用非线性动力学理论研究三轴向槽动压气体轴承-转子系统的非线性行为。建立与时间相关的轴向槽可压缩气体润滑的压力分布模型,运用微分变换法求解可压缩气体润滑的Reynolds方程,得到轴向槽动压气体轴承的非线性气膜力。建立具有陀螺效应的转子系统模型,基于改进的Wilson-θ法求解系统动力学方程,得到系统的非线性不平衡响应。运用分岔图、轨迹图、Poincare映射、时间序列和频谱图分析不平衡响应的分岔和混沌。数值分析结果表明:非线性气膜力对转子系统的稳定性影响很大,系统展现出丰富的非线性行为,如周期解、倍周期解、拟周期解、周期四亚谐运动和混沌运动等。所做研究为工程中轴向槽动压气体轴承-转子系统的设计提供了理论指导。     

动静压混合气体润滑轴承动态稳定性实验研究

对动静压混合气体润滑轴承进行了动态稳定性试验。通过实验呈现了气体润滑轴承-转子系统中的气膜涡动和混沌振动现象,分析了动态失稳过程中,分叉、混沌等非线性特征与动态稳定性的关联性。结果表明,系统是由周期1的同频涡动开始,气膜涡动导致倍周期分叉,而进入周期2运动形式;随着振动加剧,系统通过时间很短的周期3运动进入混沌;利用混沌振动的"有界"性质,可以有效控制振幅,提高稳定性。     

多因素条件下单级齿轮系统的非线性特性

考虑啮合刚度、齿侧间隙和轴承支撑间隙等因素,运用集中质量法建立了三自由度直齿圆柱齿轮副弯扭耦合非线性振动模型,并据此研究了各参数对齿轮系统非线性振动特性的影响。结果表明：齿侧间隙一定时,随着频率的升高,系统由周期运动通过激变直接进入混沌,然后又由混沌通过激变变为周期运动;在周期运动中,系统经过倍周期分岔,由双周期运动变为四周期运动,然后又通过逆倍周期分岔,由四周期运动变为双周期运动,之后又由双周期运动变为单周期运动;不同的输入转频条件下,间隙变化使系统表现出不同分岔特性,在某些特定频率下,间隙变化只增加系统响应能量变化,并不改变其动力学特性。     

行星齿轮系扭转非线性振动建模与运动分岔特性研究

建立行星齿轮系扭转非线性振动模型,模型中考虑了行星齿轮系各齿轮副间的时变啮合刚度、齿侧间隙以及综合传递误差等非线性因素;推导出系统的量纲一振动微分方程,采用数值积分方法研究行星齿轮的运动特性随转速以及齿侧间隙等参数的分岔特性,结合Poincaré图形分析,研究转速、啮合阻尼以及齿侧间隙等参数对系统分岔特性的影响。结果发现,随着转速的逐渐增大,系统会通过激变途径进入到混沌运动,而随着齿侧间隙的逐渐增大,系统会通过倍周期分岔途径进入到混沌。阻尼过小将会导致行星齿轮系统的稳态运动由短周期运动向复杂运动转变。齿侧间隙是影响系统运动分岔特性的重要因素,但是影响范围主要限于量纲一齿侧间隙大于3.5的大间隙区段。     

不对中-松动-碰摩转子系统的动力学特性分析

考虑联轴器不对中、输入轴端支座松动和转定子间碰摩等耦合故障因素,建立了两端以滑动轴承支撑的非线性刚度双盘转子系统动力学模型,运用变步长四阶龙格库塔法对该系统进行数值求解,采用分叉图、相图、Poincaré截面图以及最大碰摩力图主要分析了转速和转盘偏心量对系统动力学特性的影响.结果表明:随着转速的增大,系统出现了周期运动、混沌运动、概周期运动;转盘偏心量小范围的减小会使系统在低中速区段运行的稳定性明显提高,反之偏心量的增大会导致系统临界分叉转速的提前,使原有单周期运动直接突变为混沌运动,转定间的碰摩程度极剧增大.     

含外圈故障的高速列车轴承转子系统非线性动力学行为分析

针对高速动车组列车的轴箱轴承,建立一种含外圈故障的滚动轴承非线性动力学模型,并分析轴承在正常状态和故障状态下模型的非线性动力学行为。该轴承为高速列车圆锥滚子轴承,模型考虑了轴承间隙、滚子和滚道之间的非线性赫兹接触力、由于转子质量偏心引起的不平衡力等因素。对模型进行数值求解,通过对比仿真和实际求得的变刚度频率外圈故障特征频率验证了模型的正确性。得到系统复杂的非线性动力学响应,分析转子速度、故障尺寸等因素对系统稳定性的影响,随着转子速度和故障尺寸的增大,系统会逐渐偏离稳定的运动状态,更早地进入混沌。通过频谱图、相平面图、分岔图以及Poincare映射图进行系统分岔和混沌特性分析,发现了通往混沌的拟周期运动、阵发性和倍周期分岔途径。分析结果对研究列车轴箱轴承故障的产生机理和演化规律具有一定的价值。     

非线性裂纹转子的分形分析

首先介绍了分形的基本概念,给出了机械振动信号主要应用的分析方法。然后研究了非线性裂纹转子的弯曲振动特性,给出了进入倍周期分叉后裂纹转子的时域特性和频域特性。最后对裂纹转子特性进行分形分析,发现并定义了裂纹转子在进入分叉以前轴心轨迹随裂纹角变化的分形特性,并发现裂纹转子在进入混沌前与进入混沌以后具有相似的分形特性;发现了裂纹转子带噪声信号具有两个分维数（二重分形）的复杂特性。     

两级行星轮系分岔与混沌特性研究

建立了某设备两级行星齿轮传动系统非线性纯扭转动力学模型,模型在综合考虑时变啮合刚度、齿侧间隙与综合啮合误差等强非线性因素的基础上,推导出系统在广义坐标下的量纲一动力学方程,并采用数值积分方法对方程组进行求解,得到了系统的非线性动态响应结果,综合运用分岔图、相空间轨线和Poincáre截面研究了激励频率、啮合阻尼比对系统分岔与混沌特性的影响。结果表明：多级行星轮系在高速轻载工况下,由于齿侧间隙与时变啮合刚度等非线性因素的耦合作用使其具有丰富的非线性动力学特性;系统随激励频率的变化出现简谐运动、非简谐周期运动、拟周期运动和混沌运动等多种运动状态;系统通过Hopf分岔等多种途径由周期运动进入混沌运动;增大系统啮合阻尼比可使系统复杂运动状态区间缩小,稳定周期运动状态区间扩大。     

轴向槽气体润滑轴承-转子系统非线性行为

基于非线性理论,分析了气体动压轴承-转子非线性动力系统的不平衡响应.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.运用微分变换法求解了动压气体润滑的Reynolds方程,得到了非线性气膜压力分布.运用分岔图、轨迹图、Poincaré映射图及频谱图研究了三轴向槽有限宽气体轴承支承的非线性转子系统的不平衡响应.数值结果表明,系统的非线性行为包括周期运动、周期二运动、周期四运动、周期八运动及混沌运动等.     

滚动轴承-转子系统动力学特性分析

在滚动轴承动力学和转子动力学基础上,建立滚动轴承-转子系统非线性动力学分析模型,采用New-mark-β积分法和Newton-Raphson迭代法对轴承-转子系统非线性动力学微分方程进行求解,对轴承结构参数和工况参数与轴承-转子系统动力学特性关系进行分析,分析结果表明:系统中转子的转动频率始终存在,支承轴承的变刚度频率随着轴承结构参数和系统工况参数的不同而出现或消失;支承轴承内、外沟曲率半径系数的变化不改变系统中已存在的振动频率成分;系统的非线性特性随轴承钢球个数、预紧力的增加而减弱,随径向载荷的增大而增强;存在一个最佳转速区间,在此区间内,系统的非线性特性较弱。     

轴向预紧力对高速轴承-转子动力学系统的影响

以高速电主轴的轴承为对象,根据Harris轴承运动理论和赫兹接触理论,考虑随转速提高引起轴承刚度下降以及"软化"的现象,建立轴向预紧力下的高速轴承-转子系统动力学模型,采用Newton-Raphson算法,对轴承钢球动力学方程进行求解。分析轴承在不同轴向预紧力下,轴承-转子系统动力学性能的变化。结果表明:随着轴承轴向预紧力的提高,轴承-转子系统的涡动频率上升,且轴上轴承组之间的距离越大,转子的涡动频率越高。     

双跨碰摩转子-轴承系统非线性动态响应与混沌

在同时考虑轴承油膜力和碰摩发生时转静件间的相对速度对非线性摩擦力的影响基础上,构造了双跨碰摩弹性转子-轴承系统动力学模型。对系统单盘和双盘碰摩的非线性动力学响应进行了数值仿真研究,发现该类系统在单盘碰摩时进入混沌的道路是倍周期分岔,离开混沌的道路为倍周期倒分岔,混沌运动区域为一体;双盘同时碰摩时,混沌运动区域中出现了2个明显的独立混沌岛。偏心量的增大,会使得系统响应更加不稳定。研究结果为转子-轴承系统故障诊断、动态设计和安全运行提供了理论参考。