气体轴承—转子系统非线性动力学研究

发布时间：2017-06-21 01:02

  本文关键词：气体轴承—转子系统非线性动力学研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：气体轴承具有运转速度高、摩擦损耗低、无污染等优点,因此有着十分广阔的开发和应用前景,但在气体轴承—转子系统中存在着较多的不定因素,如气膜力、离心力、碰摩力、裂纹力等,导致系统发生较复杂的非线性动力学行为而出现故障。因此,研究气体轴承—转子系统的动力学行为,确定系统参数合理匹配,对系统的设计、平稳安全运行、故障预判及诊断是极为重要的。本文主要研究了气体轴承支撑的单盘、双盘转子系统的动力学行为。在综合考虑气膜力、碰摩力、裂纹力等因素的条件下,本文分别建立了气体轴承支撑的单盘、双盘转子系统的动力学模型。结合转子动力学和牛顿第二运动定律,列出了系统的运动微分方程并对其进行无量纲化处理,运用C语言编程,通过四阶龙格库塔法对系统进行数值计算。通过对系统分岔图、幅频特性曲线、轴心轨迹图及庞加莱截面映射图等分析,研究了系统在基准参数下的动力学行为以及主要参数变化对系统响应的影响,讨论了系统出现的倍化分岔、霍普分岔、阵发性运动、跳跃现象以及混沌等复杂的动力学行为,确定了系统在特定参数下周期运动、概周期运动、阵发性运动以及混沌运动的转速区间,并确定了系统发生稳定周期运动的主要参数取值范围。研究结果表明,在单盘转子系统的转子质量和碰摩刚度的变化对系统动力学行为影响较小,而转子偏心量、转子与定子的碰摩间隙以及转轴的裂纹对系统具有较强的参数敏感性。通过对比分析双盘转子系统的非线性动力学模型表明,双盘的偏心量以及其质量对系统的影响,结果发现偏心量对系统具有较强的影响,在较小偏心量下具有稳定的周期运动,当偏心量较大时系统混沌区域增大发生严重失稳;而双盘的质量变化导致系统发生了较多复杂的运动变化,随着其质量系数的增大而使出现周期运动的转速区间增多。分析间隙系数、刚度系数以及裂纹影响因数等系统参数变化对双盘转子系统稳态响应的影响发现,转子的碰摩间隙和碰摩刚度对双盘转子系统有较强的参数敏感性;对于转轴裂纹,较小的裂纹影响因数对系统响应产生的影响不大,而在较大裂纹时系统跳跃现象频繁发生,高频区域的混沌运动区间增大,使系统处于极度不稳定的运动状态。此外,本文确定了部分参数下系统稳定运行的转速区间以及参数取值范围,为系统优化设计、参数匹配以及故障识别提供了理论依据。
【关键词】：气体轴承 双盘转子 非线性 参数匹配
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH113
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 研究背景和意义9
• 1.2 气体轴承优缺点9-11
• 1.3 转子系统的发展历史和研究现状11-12
• 1.4 主要内容及结构安排12-14
• 2 转子非线性系统动力学理论与分析方法14-21
• 2.1 数值计算方法14-16
• 2.1.1 龙格库塔法14-15
• 2.1.2 李查逊外推法15-16
• 2.2 非线性动力学基础理论16-19
• 2.2.1 分岔基本理论16-17
• 2.2.2 混沌基本理论17-18
• 2.2.3 通向混沌的道路18-19
• 2.3 转子系统的非线性振动特性19-21
• 2.3.1 分岔图19
• 2.3.2 幅频特性曲线19
• 2.3.3 轴心轨迹图19
• 2.3.4 庞加莱截面映射图19-21
• 3 气体轴承—转子系统21-45
• 3.1 动力学模型21-22
• 3.2 动力学方程22-25
• 3.3 数值仿真及分析25-44
• 3.3.1 基准模型的分岔特性研究25-29
• 3.3.2 偏心量对系统响应的影响29-33
• 3.3.3 转子质量对系统响应的影响33-35
• 3.3.4 碰摩间隙对系统响应的影响35-38
• 3.3.5 碰摩刚度对系统响应的影响38-40
• 3.3.6 裂纹对系统响应的影响40-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 气体轴承—双盘转子系统45-67
• 4.1 动力学模型45-46
• 4.2 动力学方程46-47
• 4.3 数值仿真及分析47-65
• 4.3.1 基准模型的分岔特性研究48-51
• 4.3.2 双盘偏心量对系统响应的影响51-54
• 4.3.3 双盘质量对系统响应的影响54-57
• 4.3.4 碰摩间隙对双盘转子系统响应的影响57-59
• 4.3.5 碰摩刚度对双盘转子系统响应的影响59-62
• 4.3.6 裂纹对双盘转子系统响应的影响62-65
• 4.4 本章小结65-67
• 结论67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-74
• 攻读学位期间的研究成果74

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