气浮轴承支撑弹性转子系统非线性动力学行为分析

发布时间：2020-11-02 14:10

　　 现代科学技术的不断进步使得旋转机械的设计正日益向着高转速、轻型化方向发展,与此同时,对其动力学特性、稳定性以及可靠性也提出了更高的要求。现代非线性动力学理论的发展与运用,使得转子动力学尤其是对高速转子非线性动力学行为的研究成为当今国内外的热门研究课题之一。气浮轴承是利用气体作为运动副润滑剂的一种新型轴承。由于气体的粘度小,与其它轴承相比,具有低摩擦、无磨损、无污染、运转平稳、回转精度高和轴承的精度保持性好等特点,在高速旋转机械中具有很大的优越性、经济性和实用性,在国防、兵工及动力等行业正得到日益广泛的应用。 本文应用现代非线性动力学理论研究了气浮轴承支持的高速弹性转子系统的复杂动力学行为。论文的主要工作为: 首先,推导出气浮短轴承气膜力的解析式,利用该表达式建立了气浮轴承支撑弹性转子系统的动力学模型,在原系统无量纲模型的基础上,采用Lyapunov第一方法,分析了系统在平衡点的稳定性。 其次,对原系统作了进一步无量纲化,采用龙格—库塔算法来求解系统的运动微分方程,考察了系统随转速、转子质量偏心以及综合参数等变化的非线性动力学特性,作出了系统响应关于各参数的分岔图,并画出了相图、Poincare截面,幅值谱图、分岔图等数值模拟图,结果显示系统中存在丰富的周期运动、混沌运动的复杂非线性现象。 第三,对原有系统实施位移反馈控制,研究了系统在弱控制下的非线性动力学特性,分析了该控制法的强弱程度对系统动力学特性的影响。结果表明这种控制方法可以将混沌、概周期以及高倍周期运动转化为同步周期运动。 最后,总结了本文所做的主要工作,同时指出了存在的问题以及今后工作的发展趋势。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2008
【中图分类】：TH133.35
【部分图文】：

分析系统随激励频率变化所表现出来的非线性动力学行为。设转子轴承系统的基本无量纲参数:b二0.1，q=3.5，，二100，有量纲参数:c=3、10一，m，k， =5.6、107N/m，码一10.skg，伙=3kg。图4.1是在上述给定参数下转子轴承系统响应Xl、Yl随激励频率。变化的分岔图。从图中可以看出，对于系统响应Xl，当转子转速较低时，气膜力起主导作用，由于质量偏心所引起的离心力相比较而言较弱，系统响应呈现P一1解，其区间为(5000，21500)r/mln，随后在区间(21500

江苏大学硕士学位论文出无量纲质量偏心对系统的动力学特性有着非常大的影响。分析图4.14可知，当质量偏心非常小时，由于质量偏心引起的离心力较小，系统响应呈现混沌运动;当质量偏心较大时，质量偏心引起的离心力也较大，此时离心力在系统中起主导作用，系统将以周期运动为主;而当质量偏心超过一定范围时，此时由于转子转动而产生的离心力相对于气膜力而言将会非常大，从而系统有将呈现混沌运动状态。}·“}O_5O_4《〕二3O_2(〕，OO霎举臀 020_3Ot遥冬O巴5图4.14系统响应Xl随无量纲质量偏心b变化的分岔图4.3综合参数。对转子一轴承系统响应的影响二。____一』。。。既‘川

转变为三周期运动，进而又很快的进入同步周期运动(。二65)，随后在。二127时系统发生H叩f分岔转变为二周期运动，整个过程中系统响应的动力学特性基本上呈现稳定的状态。图4.15(c)为Q二60000r/min时的分岔图，与图4.15伪)相比较，由同步周期运动经Hopf分岔转变为二周期运动的阀值明显变小为。=33.5，并且在o=n5.5处发生倍周期分岔直至混沌运动，处于混沌运动状态时的。存在区间较大。图4.15(u)为。=90O00r/min时系统响应关于综合参数0的分岔图，从图中可以看出，此时系统响应的动力学行为随。的变化呈现出非常复杂的状态和无规律的变化，大致为:混沌运动过程令周期运动过程令概周期运动和高周期运动交替过程今混沌运动过程
【引证文献】

相关硕士学位论文 前1条

1 郭永红;数控车床静压气体轴承主轴系统动力学建模及静特性研究[D];东北林业大学;2011年

本文编号：2867150