碰摩故障下转子弯扭耦合振动特性分析

发布时间：2020-09-20 21:48

　　转子的碰摩是一种常见的故障,碰摩可能引起轴的扭转振动和弯扭耦合振动,弯扭耦合振动有可能导致振动响应产生分岔、混沌甚至失稳。因此对碰摩转子的弯扭耦合振动进行研究,可以为转子碰磨弯扭耦合振动分析和故障诊断提供理论指导与应用参考。本文针对转子碰摩引起的弯扭耦合振动动力特性进行了研究,主要研究内容及成果如下:(1)基于梁单元节点五自由度模型,推导了碰摩转子弯扭耦合振动的梁单元节点运动微分方程;利用节点运动微分方程建立了转子碰摩及弯扭耦合振动的动力学分析模型,阐述了转子弯扭耦合振动的机理及物理意义;(2)通过数值积分的方法,对偏置单盘转子不同参数影响下的碰摩引起的弯曲、扭转振动的响应的动力特性进行了求解与相互影响分析,研究结果表明:转子的弯曲振动对扭转振动的幅值影响比扭转振动对弯曲振动的影响更加明显,一旦发生碰摩,即使碰摩很快消失,扭转振动也将持续较长的一段时间;(3)相对于弯曲振动,扭转振动由于阻尼更小,在转子产生断续摩擦力激励下,扭转振动幅值变化杂乱而无规律,会出现类似转子横向混沌振动现象;(4)提出了全周碰摩下转子失稳的预警方法,以花瓣状轴心轨迹的内外圆直径比作为判定依据,内外圆直径比值越小,则越容易发生失稳;仿真结果表明:全周碰摩的弯曲振动频谱会出现一个略高于基频的频谱成分,可作为判断转子是否发生碰摩的特征之一;(5)利用简单转子模型,开展了单点碰摩的验证试验研究,结果表明:轴心轨迹的试验结果与理论计算结果特性和趋势一致,验证了理论模型和数值仿真的准确性;(6)改进设计了一套用于验证转子碰摩和弯扭耦合振动的试验方案,该方案利用弯曲与扭转振动(光栅)测试系统获得弯扭耦合振动特性。论文对碰磨引起的弯扭耦合振动进行理论分析与试验研究,研究结果为转子碰磨弯扭耦合振动提供了理论与特征分析参考,对转子碰磨故障诊断具有实际参考意义。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH113.1
【部分图文】：

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文中建立的梁单元示意图。每个单元包含两个节自由度，分别是 x，y 方向的位移和 x，y，z 方向个节点和第二个节点。l 为单元长度，s 为 0-l 中面内，y 正方向垂直纸面向外；y-z 平面内，x 正纸面向外，θz正方向为逆时针方向。

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图 2.3 具有偏心质量盘的模型( ) ( 2kx m( + ) e cos t + + me sin t + ( ) ( 2ky m( + ) e sin t + me cos t + ( ) ( sin cost t + c + k me x t + T y t + T 转子耦合振动模型有偏心质量的圆盘振动微分方程的推导，并未是处于转子轴的中心位置，或当转子转速越时还会产生偏摆运动。在这种情况下，圆盘陀螺力矩的作用。在将式（2.21）扩展两个将式（2.21）写成如式（2.22）的形式：MX + C + G ( + ) X +KX F

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碰摩力示意图

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