非线性故障转子系统动力学建模与故障诊断方法的研究

发布时间：2020-04-25 13:01

【摘要】： 本文系统地研究了转子系统由于油膜力、非线性碰摩力和几种非线性力耦合作用引起的分叉与混沌行为;求解了各种故障情况下的动态响应,分析了系统参数变化对系统响应形式的影响规律。在此基础上,采用EMD方法将转子振动信号进行分解,得到若干个几本模式分量,然后将包含主要故障信息的几个几本模式分量相加得到降噪后的转子振动信号,并求得降噪后的转子振动信号的分形维数。主要工作有: 1、建立了具有基础松动、碰摩故障和松动与碰摩耦合故障的的转子-轴承系统动力学模型。根据力学模型,分析了油膜力、松动基础,非线性碰摩力耦合作用下系统的运动。 2、利用数值分析方法,求解各运动方程的响应。利用转子响应的分叉图、Poincare截面图、时域波形图、相轨线图和轴心轨迹图等图形分析了系统响应的周期运动、概周期运动、倍周期分叉、混沌等运动形式的转化与演变过程。 3、通过对得出的响应图的分析,得到一些有价值的结论,如通向混沌的道路及不同参数对转子系统的具体影响,为工程实际提供了理论参考 4、运用EMD和分形维数对得出的故障信号进行处理和分析,找到了各种故障信号的特点,提出了通过分形维数的大小有效判断转子系统工作状态和故障类型的方法。本文的创新点:采用数值分析的方法对含有非线性油膜力和碰摩力的系统动力学行为进行研究的基础上,将EMD和分形维数应用于非线性系统的故障诊断中,为此类系统的设计和有效识别故障类型提供了理论依据。
【图文】：

示意图,支撑系统,转子,示意图

非线性故障转子系统动力学建模与故障诊断方法的研究20图2.3 转子支撑系统示意图为了进行谐波分析，设01 1( 1, , , , )3 2Nin tx xnnQ Q e n nω== ∑ =（2.21）首先无量纲化，设转子静变形： /bC = mg R；转子固有频率nkmω = ；转速比nωλω= ；转子偏心率：beCα = ；间隙比0bCCβ = ；将式（2.22）代入式（2.20）可以得出以下结论：1、转子系统是否进入非线性状态与转子的偏心率 α 和转速比 λ 有关，当 α 及λ 较小时，转子的振动响应小于静变形。此时松动对转子运行影响较小；2、当调节转速使系统落在非线性区域内，转子支承系统为非线性系统，振动响应除基频外还有2倍频、3倍频等高频谐波；3、继续调节转速，使系统处于非线性状态，基频振幅将随转速比 λ 变化而变化。当 λ <1时，松动的振幅较大，稳定性较差；当 λ >1时松动的振幅反而较小；4、一定条件下会发生1/2,1/4等偶分数次谐波共振现象。共振现象是否出现与转子偏心率α 和转速比 λ 有关。2.5.4 转子与静子碰摩的故障机理在高速旋转机械中

转子系统,支座,力学模型,端轴

s为支承刚度，视转子圆盘与轴承之间为无质量弹性轴。图3.1 支座松动转子系统力学模型3.1.2 松动转子-轴承系统的运动微分方程假定支座的一端发生松动，轴承座与基础之间的松动的最大间隙为δ1。由于松动的支座在水平方向的位移很小，在此仅考虑其在铅垂方向的位移。设未松动端轴心在水平和竖直方向的位移分别为x1、y1，圆盘位移为x2、y2，松动端轴心位移为x3、y3，轴承支座在竖直方向位移为y4，则转子系统的运动微分方程为
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH113

【参考文献】