一种非线性弹性支承转子系统的非线性特性研究

研究了在飞机水平盘旋下非线性弹性支承转子系统的非线性响应,及其分叉和混沌现象.建立了非线性弹性支承下转子系统的模型和运动微分方程,运用Runge-Kutta法对系统进行仿真计算,对在同一非线性情况下转子和支承响应进行分析比较.数值仿真结果表明:由于非线性因素产生在支承处,非线性出现在一倍和二倍临界转速处,并在临界转速附近会出现较复杂的混沌运动;当转速较高时,多出现倍周期、拟周期、周期运动,同时非线性弹性支承转子系统仍具有自动定心功能.     

支承磁悬浮轴承的径向磁流变阻尼器设计

转子振动时其频响函数是其刚度和阻尼的函数,调节合适的刚度和阻尼,可以抑制转子振动.针对磁悬浮轴承对转子振动抑制能力差的缺点,设计了一种径向磁流变阻尼器.用这种阻尼器支承的磁悬浮轴承转子系统,通过控制磁流变阻尼器线圈中的电流来改变整个转子系统的支承刚度和阻尼,抑制转子高速时的振动.采用ANSYS对整个支承系统的电磁场进行仿真,验证及改进所设计的磁流变阻尼器.     

涡轮机支承动刚度及其对转子临界转速的影响

为了避免机组在运行中发生剧烈的振动,在设计中必须正确地确定转子的临界转速。实践证明,转子支承的动刚度和油膜刚度对转子的临界转速有较大影响。通常,电站汽轮机弹性支承转子的临界转速值较刚性支承转子的临界转速值下降10～30%,个别的甚至下降40%以上,在一般情况下,临界转速的阶次愈高,下降的幅度也愈大。因此,为了正确地计算转子临界转速,必须测定支承动刚度和油膜刚度等数据。本文仅就支承动刚度的测定及其对转子临界转速的影响进行了计算和分析,所得数据可供有关设计部门参考。     

惯性破碎机的弹性支承刚度

为了合理地选择惯性破碎机弹性支承刚度,保证机器稳定运转,在研究惯性破碎机动力学的基础上,通过对基振动系统进行分析,求得机器振动系统的自振频率,由此建立了合理选择弹性支承刚度的计算公式,为惯性破碎机支承弹簧的设计计算了基本依据。     

支承刚度对输流管道振动特性的影响分析

为研究实际支承条件下管路系统的振动特性,文中采用一端固支一端具有弹性约束梁的前两阶振型来近似相同边界条件下输流管道的前两阶振型．通过拉格朗日方程推导出了带有弹性约束管道系统的控制方程,利用模态法对其进行求解,分析了支承刚度对梁前两阶振动特征值的影响,并分析了支承刚度对管道固有频率、跨中最大振动位移和动静失稳临界流速的的影响．研究结果表明：支承刚度在0～1000N／m范围内对固有频率影响不大,当支承刚度大于1000N／m对固有频率有明显影响;随着支承刚度的增大,管道系统的首次失稳形式由动态失稳变为静态失稳．     

具有弹性支承输流管道的稳定性和临界流速分析

针对梁的弯曲振动问题,研究了具有弹性支承输流管道的稳定性.以相同支承条件下梁的固有频率和振型函数作为输流管道的近似固有频率和振型函数,利用李兹-伽辽金方法对具有弹性支承输流管道的运动微分方程进行离散化处理,经过适当的变换得到一阶状态方程组.根据特征方程分析和讨论弹性支承刚度、质量比和流体压力等主要物理参数对失稳临界流速的影响.研究结果表明,随着流体的流速从零缓慢增加,输流管道先发生动态颤振失稳,静态失稳的临界流速随弹性支承刚度增加而上升,随流体压力的增加而下降,但不随质量比变化.动态失稳的临界流速随弹性支承刚度的增加而上升,随流体压力的增加而下降,但随质量比的增加而先上升后下降.该结论可以为工程实际中所出现的相同边界条件的输流管道振动稳定性分析提供理论依据.     

带弹性支承的挤压油膜阻尼器转子响应与分叉

研究了弹性支承下的挤压油膜阻尼器(SFD)转子系统的非线性响应,及其响应的分叉情况。推导了弹性支承、带挤压油膜阻尼器的单盘转子系统的运动微分方程。提出了一种通过求解微扰方程的数值解来计算F loquet乘子的新方法,用来分析转子系统周期解的稳定性,并判断周期解发生分叉的类型。由数值仿真的结果可以看出,响应的分叉主要为鞍结分叉与二次Hopf分叉;支承刚度对油膜力与轴承响应影响很大,支承刚度过大时会引起SFD的油膜涡动。     

矢谱分析技术在转子系统振动分析中的应用

针对矢谱分析技术在转子振动分析应用中的不足,从转子系统动力学角度,在仅考虑圆盘运动的情况下,推导出了矢谱参数与系统动力学参数之间的关系式,从理论上证明了在转速恒定的前提下,振矢角及振矢比仅与系统的刚度系数和阻尼系数有关,该研究结果为应用矢谱分析技术进行转子系统振动分析以及系统参数辨识提供了一定的理论依据.     

双转子系统轴振动的理论和实验研究

本文理论部分研究了计算刚性或弹性支承上多盘多支承双转子系统临界转速的矩阵解法,计算方法得到了实验验证,并对现有发动机的结构型式拟定了计算程序。实验部分对双转子超临界自稳、“拍”和正反进动等现象作了较为仔细的观察和初步分析,为今后探讨双转子系统轴振动特点积累了较为有用的资料。     

某涡扇发动机转子系统稳定裕度及其灵敏度分析

某型涡扇发动机转子系统由3个单转子系统构成。将该三转子系统在耦合处分开,把耦合力作为单个转子上的外力,并利用集总参数法和各节点的振动微分方程表达式建立单个转子的振动方程。利用各转子间耦合部件的总体耦合矩阵将单个转子的振动方程耦合在一起,建立了整个三转子系统的振动微分方程。通过求解整个系统的振动微分方程,得到整个系统所有模态的对数衰减率,并进一步求出系统的稳定裕度和其灵敏度。研究结论表明：提高高压转子轴承的阻尼和高压转子的弯曲刚度可以有效提高系统的稳定裕度;联轴器的存在和转子转速的提高都会降低转子系统的稳定裕度。     

摩擦系数对轴向推力作用下碰摩转子振动特性的影响

推导建立了轴向推力作用下的碰摩转子非线性动力学方程。以转定子间摩擦系数为控制参数,对碰摩转子系统横向振动和轴向振动行为进行了数值仿真。分析表明:转子与定子间摩擦系数对转子系统横向振动和轴向振动特性的影响非常明显,摩擦系数越大,转子系统振动越复杂。随着摩擦系数的增加,转子系统由简单的周期振动突变为拟周期振动。增大摩擦系数,以转速比为控制参数的系统轴向振动的复杂运动区范围变大,且复杂运动区的振动幅值也有增大趋势。分析结果对旋转机械碰摩故障的识别提供了理论依据。     

刚体转动渐进跟踪控制的逆系统方法

逆系统方法是以非线性控制为目的,以直接分析为途径,以动态系统的逆概念为核心。该文将逆系统方法应用于刚体动力学中,运用非线性控制的逆系统方法设计Euler动力学方程的控制器,通过对一个陀螺的外力矩进行实施控制,使刚体在动坐标系下的角速度稳定跟踪指令,来实现对刚体转动的渐进跟踪控制。     

电磁轴承刚性转子系统前馈解耦控制

为了消除电磁轴承支撑的刚性转子系统径向各自由度间的耦合,提出电磁轴承刚性转子系统径向四自由度的前馈解耦控制策略;针对解耦后系统存在的不平衡振动,提出基于不平衡量辨识的转子不平衡补偿方法;为了提升解耦和不平衡补偿效果,利用最速跟踪微分器来获取前馈解耦控制器及不平衡量辨识器所需的微分信号.仿真及试验结果表明,所设计的前馈解耦控制器可以将电磁轴承刚性转子系统径向原来相互耦合的四自由度系统解耦为4个单自由度系统;利用所设计的不平衡量辨识器辨识出转子不平衡量并对其进行补偿,能够抑制转子系统的不平衡振动;采用最速跟踪微分器,不仅能够削弱测量噪声对解耦效果及不平衡补偿效果的影响,还能够提升控制系统的抗噪能力.     

非线性弹性支承对转子系统瞬态过程的影响

转子系统在启动、停车等瞬态过程中常常会产生剧烈的振动,如果让转子系统快速通过共振区则可以有效地降低转子系统瞬态过程的最大振幅．但是实际工况表明,有时转子通过设计的临界转速达到工作转速之后,振幅仍然很大,这一现象利用线性转子系统模型不能得到合理的解释．本文考虑转子支承非线性刚度的影响,建立了转子—支承系统的多自由度非线性模型,利用摄动理论和数值仿真解释了这一现象．此外本文还定量研究了起动、制动加速度的大小对转子系统瞬态过程最大振幅的影响．     

Analysis on Nonlinear Dynamic Properties of Dual-Rotor System

In order to clarify the effects of support structure on a dual-rotor machine, a dynamic model is established which takes into consideration the contact force of ball bearing and the cubic stiffness of elastic support. Bearing clearance, Hertz contact between the ball and race and the varying compliance effect are included in the model of ball bearing. The system response is obtained through numerical integration method, and the vibration due to the periodic change of bearing stiffness is investigated. The motions of periodic, quasi-periodic and even chaotic are found when bearing clearance is used as control parameter to simulate the response of rotor system. The results reveal two typical routes to chaos: quasi-periodic bifurcation and intermittent bifurcation. Large cubic stiffness of elastic support may cause jump and hysteresis phenomena in resonance curve when rotors run at the critical-speed region. The modeling results acquired by numerical simulation will contribute to understanding and controlling of the nonlinear behaviors of the dual-rotor system.     

惯性往复振动机械支承刚度和偏重参数的设计

建立惯性往复振动机械的力学模型和动力学方程,采用频率响应法求动力学方程的稳态解;通过激振频率和系统质量的波动对振动体振幅的影响分析,以及频率比与隔振系数和偏重参数的关系分析,提出该类振动机械合理的下限频率比;同时考虑到弹性支承在系统重力作用下的静变形应大于振动体的最大振幅,从而给出支承刚度和偏重参数设计的理论依据和方法,并通过算例进一步阐述设计方法的应用.     

Investigation of the Dynamic Characteristics of a Rotor Bearing Assembly

ＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＤｙｎａｍｉｃＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａＲｏｔｏｒＢｅａｒｉｎｇＡｓｓｅｍｂｌｙ￥（刘庆明）（庞志成）ＬＩＵＱｉｎｇｍｉｎｇＰＡＮＧＺｈｉｃｈｅｎｇ（Ｄｅｐｔ．ｏｆＭｅｔｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎ...     

弹性车轮动刚度与随机振动疲劳仿真分析

在城市轨道交通中,弹性车轮作为列车的主要承载部件,在减振降噪方面发挥着极大的作用。为了进一步探究某型弹性车轮相对于刚性车轮在减振降噪方面的优势,在弹性车轮建模方法和对弹性车轮中橡胶材料本构模型研究的基础上,利用Hypermesh软件建立了弹性车轮和刚性车轮的有限元模型,基于Optistruct模块对弹性车轮和刚性车轮的动刚度进行仿真分析,得出了两者在相同测试点的速度、加速度频率响应曲线,结果表明弹性车轮在高频率区间内具有显著的减振效果。另外在Ansys软件中对该型弹性车轮在随机振动条件下的疲劳寿命进行了预测,通过分析车轮的等效应力分布云图和疲劳寿命分布云图,对弹性车轮应力集中部位进行尺寸改进,结果表明改进后弹性车轮的疲劳寿命显著提高。     

大型汽轮发电机组碰摩引起的振动突变机理

研究大型汽轮发电机组运行过程中碰摩引起的振动突变现象及其机理.研究结果表明:转子与定子之间的碰摩使得转子系统的刚度由线性刚度演变成非线性刚度,导致转子系统的振动行为发生变化;动静碰摩,在转子上施加了一个热不平衡量,这个热不平衡分量与原始不平衡量合成后,产生一个旋转的综合不平衡;当综合不平衡量达到最大值时,在非线性转子系统上施加一个很大的作用力,从而使转子的振动发生突变.控制转子的原始不平衡量和碰摩引起的热不平衡量是控制转子振动突变的根本措施.     

主动电磁轴承失效后转子坠落在备用轴承上的动力学

采用有限元法建立了由滚动轴承组成的具有固定间隙的备用轴承-电磁轴承-柔性转子系统在电磁轴承失效前后的动力学方程，分析了转子的初始坠落位置、转速、转子不平衡量以及备用轴承的支撑阻尼和刚度对转子在坠落过程中的瞬态动力特性的影响。结果表明，即便转子系统在工作时的振动很小，初始脱离位置对转子在坠落过程中的动力特性具有明显的影响；柔性备用轴承的采用，特别是具有较大阻尼的备用轴承，不仅可以减小电磁轴承失效后转子在坠落过程中的振动及碰撞力，而且能够抑制在长时间内具有较大振动和碰撞力的在全间隙范围内的反向回转运动；随着转子不平衡量、备用轴承的支撑刚度及转子转速的增大，在坠落过程中备用轴承所受到的碰撞力和转子在全间隙范围内出现回转运动的可能性增大。