转子—轴承系统的非线性动力学分析

发布时间：2020-04-25 08:46

【摘要】： 旋转机械是工业部门中应用最广泛的一类机械设备,转子—轴承系统作为旋转机械的核心部件,在工业的各个重要领域发挥着无可替代的作用。随着科学技术的发展,旋转机械在向高速、重载和自动化方向发展,对旋转机械在速度、容量、效率和安全可靠性等方面提出了更高要求。在旋转机械中,转子-轴承系统存在许多非线性问题,其动力学行为十分复杂,随着非线性动力学理论的发展,非线性动力学理论与转子动力学紧密结合在一起,这使得转子动力学的研究也呈现出了一个新的面貌。 目前,国内外科技工作者采用非线性理论和方法对转子系统进行了大量的研究工作,包括转子系统裂纹故障的分岔与混沌行为及稳定性,转子系统的油膜震荡、碰摩、基础松动的研究,转子系统故障的慢变过程及突变的研究等,但是目前转子系统多被简化为具有某一单一故障的单盘转子模型,对耦合故障多盘转子系统的动力学行为和故障机理研究还比较少,而工程实际中的转子系统模型更为复杂,耦合故障普遍存在。 本文由简单到复杂建立了三个采用滑动轴承支撑的双圆盘转子—轴承模型,首先是以带有一端轴承支座松动的简化双圆盘转子系统为模型(转子系统在非线性油膜力的作用下)。其次是以含有碰摩故障的简化对称刚性支撑转子-轴承系统为对象,其中一个转子圆盘与静子发生局部碰摩,转子与静子之间的摩擦力符合库仑摩擦定律。最后建立了一个较复杂的含有松动与碰摩耦合故障的转子-轴承系统。 对于这三个模型,本文采用了计算速度较快的Newmark方法求解系统的响应,用Poincare映射、轴心轨迹和频谱图分析各个转子-轴承系统在特定参数下的运动特征,通过分岔图研究了转子—轴承系统随某些参数(转速、不平衡量分布、轴承质量等)变化时的系统响应。
【图文】：

( ) ( )[ ] + ++= 3(,,)cos(,,)2sin(,,)3(,,)sin(,,)2cos(,,)12222212'2'ααααααααααyVxyGxySxyxVxyGxySxyxyxyyxffyx2212(cossin)(,,)(,,)xyyxGxyVxy + =αααα21(cossin)cossin(,,)αααααxyxySxy ++=1 12 2 2 22 22 cos sin( , , ) arctan2(1 ) (1 )y xG x yx y x yπ α αα = + ' ''' '2 2arctan sign sign( 2 )2 2 2 2y x y xy xx y x yπ πα+ + = + 2.4 支座松动转子-轴承系统非线性动力学行为2.4.1 松动转子系统的力学模型

1. 若 Poincare 截面存在有限个映射点，系统(4-13)具有周期解(1 个映射点)，倍周期解(2 个映射点)；2. 若 Poincare 截面上的映射点构成具有规则几何形状的封闭曲线，系统出现概周期解；3. 若 Poincare 截面上的映射点构成的曲线具有分形几何结构或分布在一定区域内不可数，表示系统(4-13)出现混沌解。4.4 含松动与碰摩的转子系统的力学模型以一端轴承支座松动的简化转子系统模型为讨论模型，如图 4-1 所示，，转子的两端由 2 个相同的滑动轴承支撑，在两端滑动轴承处的转子集中质量为1m ，转子圆盘的等效集中质量为2m ，ck 为定子的刚度， k 为弹性轴的刚度，2c 为转子圆盘阻尼系数，1c 为转子在轴承处阻尼系数，视转子圆盘与轴承之间为无质量弹性轴。转子在轴承处的集中质量为1m ，在圆盘处的集中质量为2m ，转子圆盘与轴承之间为无质量弹性轴，xF 、yF 分别为滑动轴承作用在轴承上的非线性油膜力，轴承半径为R ，轴承长度为L 。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TH113.1

【引证文献】

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本文编号：2640038