整体齿轮增速式离心压缩机振动耦合动力特性研究

以一台在役的六级整体齿轮增速式离心压缩机为研究对象,基于转子动力学和齿轮动力学理论,建立了全自由度齿轮-轴承-转子耦合系统有限元模型。计算了考虑齿轮啮合接触的转子系统固有频率、模态振型和不平衡响应,得出了这种复杂轴系的模态特征与振动传递特性。在此基础上,研究了不同支撑型式下转子振动响应特性,并探讨了齿轮螺旋角对转子振动的影响。研究结果表明,耦合轴系的固有频率和不平衡响应峰值都有所增大;转子系统在可倾瓦轴承支撑下,无论过临界还是工作转速振动幅值均较低;当齿轮螺旋角为15°时,转子振动幅值最小。     

考虑轴柔性的二级齿轮减速器振动噪声研究

针对齿轮箱在实际运行过程中存在的轴系变形问题,提出了一种二级齿轮减速器在多源时变激励作用下振动噪声的计算方法。综合考虑齿轮、轴承时变刚度以及误差激励的影响,并引入二级齿轮相位关系,采用有限元法建立了计入轴柔性的二级直齿轮-轴-轴承系统耦合动力学模型。通过Newmark时域积分法求解系统动力学方程,得到各轴承动载荷,并分析了传动系统的固有特性及轴的静变形特征。采用有限元法对齿轮箱进行模态分析,提取箱体各阶固有频率与振型。以轴承频域动载荷为齿轮箱激励,利用模态叠加法计算得到齿轮箱的振动响应,并采用声学边界元法对齿轮箱的辐射噪声进行了计算。分析了轴柔性和转速对轴承动载荷与箱体辐射噪声的影响。仿真结果表明:计入轴柔性后,轴承动载荷波动幅值降低,激励频率成分也随之减少;在低频段200～900Hz与高频段1 800Hz附近,箱体的主要共振模式发生改变,顶部场点噪声有所降低;随着转速的升高,激起了传动系统轴系弯曲振动模式,并引起传动系统振动幅值增大,且齿轮箱顶部场点噪声明显大于两侧场点噪声。研究结果可为减速器的减振降噪设计提供理论参考。     

机动飞行中转子轴承系统新型碰摩的动力学行为

采用考虑转静间隙变化和叶片数的新型碰摩模型,同时考虑转子在机动飞行条件下引起的机动载荷和滚动轴承非线性赫兹接触力,建立了转子-滚动轴承-碰摩耦合系统非线性动力学微分方程.利用数值方法分析了转速和机动载荷对系统动力学行为的影响.研究结果表明:机动飞行条件下碰摩转子系统亚谐波共振幅值增加;低速时,碰摩主要激发高频振动,高速时则激发低频振动;机动载荷增加使转子系统振动增大,从而引起转子与定子间的碰摩.     

轴系的热膨胀对于锥齿轮错位量的影响

错位量对锥齿轮传动性能影响显著,而轴系的热膨胀会影响传动系统刚度,进而影响错位量。该文针对现有锥齿轮校核和分析时没有考虑轴系的热膨胀对错位量的影响这一问题,详细推导了热膨胀与轴承刚度、轴系变形之间的关系,建立了一种考虑热膨胀的锥齿轮传动系统非线性有限元模型,并用于计算锥齿轮错位量。算例结果表明,热膨胀会使锥齿轮错位量减小。进一步研究了不同工作温度下错位量的变化情况,结果表明,系统工作温度越高,热膨胀的影响越明显。该研究为锥齿轮校核和分析中如何考虑和利用热膨胀提供了依据,对其他传动系统的分析也具有一定借鉴意义。     

滚动轴承支撑下齿轮耦合转子横向振动建模及非线性动力学特性

在综合考虑滚动轴承游隙、齿轮副齿侧间隙以及时变啮合刚度等非线性因素的基础上,建立滚动轴承支撑下的齿轮耦合转子系统的横向振动非线性动力学模型,并通过数值仿真的方法对系统运动状态的分岔规律以及动力学频响特性进行研究。研究结果发现:在非线性轴承力的激励下,转速、轴承游隙以及轴承阻尼的变化,都会导致系统通过不同的分岔途径进入到混沌运动状态;质量偏心以及齿侧间隙的增大都会使系统响应由简单的轴承力激振频率及其倍数频逐渐复杂化为离心力激振频率、轴承力激振频率、以及二者的各种线性组合频率共存的情况,齿轮啮频成分也出现在系统响应中,但始终处于弱势地位。     

基于整体传递矩阵法的直齿啮合耦合单元传递矩阵研究

对齿轮传动系统各转子间齿轮啮合效应进行了动力学分析,根据拉格朗日方程和达朗伯原理建立了系统的动力学方程,推导出平行轴直齿圆柱齿轮啮合耦合单元传递矩阵,进而建立了系统的整体传递矩阵,并编程代入整体边界条件求出了多转子轴系的临界转速.     

燃气轮机齿轮耦合转子系统的动力学特性

在考虑滑动轴承的基础上,利用传递矩阵法分别建立了两单轴转子的弯曲振动分析模型,推导了人字齿轮耦合单元的传递矩阵,应用整体传递矩阵法建立了人字齿轮转子系统的弯扭耦合振动分析模型,对某燃气轮机齿轮-转子-轴承系统进行了振动特性分析。通过数值计算与分析,获得齿轮转子系统的特征值、对数衰减率及临界转速。结果表明该齿轮-转子-轴承系统的工作转速远离临界转速,具有工作的稳定性和安全性。     

时变啮合刚度对转子—轴承系统动力特性的影响

在考虑齿轮时变啮合刚度的情况下,建立了齿轮耦合的转子－轴承系统的非线性动力学模型,用数值仿真法研究系统的稳态不平衡响应时发现,由于齿轮时变啮合刚度的影响。在系统响应中,不但会出现对应于啮合频率的响应分量,而且在某种条件下,该分量甚至超过基频分量;一个转子上的不平衡质量不仅会对本身产生激励,而且也会对其它转子产生激励。     

油膜轴承支撑的主推进系统建模及其参数影响

以舰船主推进轴系为研究对象,对其在冲击作用下的动力学行为进行研究．采用平均本征值方法建立轴承非线性油膜力模型,考虑了油膜涡动效应和挤压效应以及多个轴承油膜力的耦合影响,并考虑了轴承结构本身的刚度．采用弹性体动力学方法对推进轴建模,并用经典理论对动力方程进行离散,最后采用Runge-Kutta法进行数值仿真．实例分析验证了油膜力模型和推进轴模型的正确性,并为推进轴系部分参数的选择提供了理论参考．     

机床主轴-轴承系统热-力耦合模型及其动态性能研究

为了研究机床主轴系统在高速运转情况下的动态性能变化,建立了一种主轴-轴承系统的热-力耦合模型,该模型包括了主轴转子和轴承模型.采用有限元法得到主轴转子模型,该模型考虑了主轴的离心效应、陀螺力矩和轴承刚度软化效应.通过对Jones非线性轴承模型进行改进获得了轴承模型,它考虑了主轴与轴承的初始装配过盈量、离心力、温升等因素导致的轴承内圈径向变形及预紧力的变化.理论仿真结果表明:轴承内圈离心膨胀以及内外圈热膨胀会导致轴承刚度增大,而对于背靠背的轴承配置形式,热诱导预紧力会导致轴承刚度减小.此外,主轴离心效应比轴承的刚度软化对主轴-轴承系统动态特性的影响更明显.     

基于显式动力学的发动机转子中介轴承的仿真分析

为研究复杂工况下中介轴承的动力学特性，针对外圈支承于低压转子轴颈，内圈支承于高压转子轴颈支承形式的中介轴承的工作特点，应用LS-DYNA建立了中介圆柱滚子轴承动力学模型，开展动力学仿真。该模型以显式算法为基础，在充分考虑中介轴承转速、旋转方向、负载、接触及摩擦的条件下，基于动力学仿真模型，分析了中介轴承应力水平随内外圈旋转方向、内外圈转速及径向外载荷变化的规律。分析结果表明：在内外圈反向旋转以及外圈转速增加的情况下中介轴承的振动更为平稳，而在径向外载荷增大的情况下，中介轴承的振动更加剧烈。仿真结果验证了模型的正确性，为中介轴承故障诊断提供了有益参考。     

水平盘旋转子参数对滚动轴承系统非线性振动影响

以双盘转子-滚动轴承系统为模型,利用有限元法建立了动力学方程,并以数值方法为手段得到转子系统振动响应,分析了机动载荷、偏心对转子系统非线性振动及分岔特性的影响,为研究更加符合实际的复杂工况耦合故障的转子动力学系统提供理论指导.研究结果表明:在水平盘旋机动飞行下,在二倍临界转速附近系统产生丰富的非线性动力学现象;随着机动载荷的增加,主共振转速提高,并且在转速区间内系统的振动形式更多趋于稳定的单周期运动.水平盘旋下,转子系统不仅能发生1/2亚谐共振,在某些参数下还产生了一些低频振动.     

柔性转子动平衡条件及实现方法

为解决高速旋转柔性转子的动不平衡缺陷,运用平衡的力学原理,得到柔性转子动平衡条件及实现柔性转子的动平衡方法.研究表明:一根理想平衡的柔性转子,高速旋转时不仅作用在轴承上的动载荷为零,而且转子本身的动挠曲变形也为零.转子的n阶振型分量在其共振时表现最激烈,对其进行动平衡校正时,转速应尽量靠近该阶共振转速.     

考虑轴承热效应的转子非线性运动瞬态分析

研究了油膜热效应对滑动轴承非线性动力学特性的影响。给出了考虑油膜热效应的滑动轴承非线性油膜力的计算方法，用热量平衡法确定油膜平均温度，并把平均温度引入等温情况下的轴承非线性运动瞬态分析中，以实际轴承为例，对考虑热效应的转子－轴承系统的非线性不平衡响应进行了瞬态分析，得到了轴心运动轨迹，并与等温情况瞬态分析的计算结果进行了对比，通过一系列对比研究发现，轴承热效应对轴承的非线性动力学性能有重要影响，引入平均温度后可以减小不考虑热效应所引起的误差。     

高精密滚动轴承游隙的可靠性保障

以滚动轴承为研究对象,以可靠性理论为指导对轴承游隙进行设计.首先根据弹性力学理论推导工作游隙计算公式,得到过盈配合量、转速等随机因素对游隙的影响规律,并基于Monte-Carlo法实现了原始游隙分布与工作游隙分布之间的相互转换.在研究最佳工作游隙区间时,基于滚动轴承拟动力学分析,计算得到了不同工作游隙下轴承内部载荷分布情况,并基于非线性振动的分岔理论,绘制了轴承-转子系统的分岔图,得到不同工作游隙对非线性系统稳定性的影响规律.基于确定的最佳工作游隙区间,实现了对原始游隙区间的控制,为保障高精密轴承游隙的可靠性提供了理论依据.     

进给系统成对安装的角接触球轴承热分析

考虑轴承的离心力、陀螺力矩等因素建立滚珠的动载荷平衡模型,利用牛顿-拉弗逊法求解.然后对轴承、丝杠轴、轴承座取温度节点,考虑轴承热节点之间的接触热阻并利用轴承内部温度变化结合润滑剂的黏温效应实时修正轴系热源发热量、热边界条件等特性参数,建立机床进给轴承系统成对安装角接触球轴承的瞬态热网络模型.利用差分矩阵结合Matlab软件数值求解预测出不同进给速度下轴承座表面等重要节点的瞬态温升曲线,分析不同转速下轴系温度场的变化.并对不同进给速度下的轴系安排实际工况下的试验验证,证明了预测模型的有效性.     

含间隙涡旋压缩机转子系统刚柔耦合模型仿真分析

为了提高涡旋压缩机转子系统的精度与可靠性,通过ADAMS和ANSYS建立了含运动副间隙涡旋压缩机转子多刚体及刚柔耦合模型,对动涡盘倾覆下驱动轴承柔性和运动副间隙对转子系统动力学性能的影响进行仿真分析,在此基础上对轴承偏磨区域进行了有限元分析.分析结果表明:运动副间隙下轴承柔性对轴承的位移和速度影响较小,对轴承加速度和碰撞力影响较大;加速度最大值约为多刚性体模型的13.34倍,碰撞力最大值增加2.9倍;排气角后31.29°范围轴承发生偏磨,在滚针的2/7处出现最大应力.仿真结果为涡旋压缩机的设计和动力学行为预测提供分析方法和理论指导.     

考虑非线性油膜力的转子系统稳态响应的研究

利用有限元方法对故障转子系统进行动态仿真，在有限元模型中采用了铁木辛柯梁理论，包含了陀螺力矩、转动惯量、剪切变形以及轴的不对称、偏心的影响；利用有限长轴承理论，将非线性油膜力对转子系统的影响加入有限元模型中．最后给出了数值仿真的结果     

挖掘机提升系统多自由度动力分析与计算

从系统论的思想出发,以提升系统的驱动力矩为广义力,运用动力学理论和拉格朗日方程法建立提升系统多自由度的弹性体、刚体混合系统的动力学模型;以堵转工况、斗杆垂直动臂并全伸出状态为计算条件,采用矩阵迭代法和编程计算提升系统的振动响应,计算出高速轴和提升钢丝绳的动载荷系数为1343和1374;计算并分析了堵转时间及不同土壤刚度因素对提升系统动载荷的影响关系曲线,得出了不同土壤刚度的动载荷系数.同时,为降低动载荷并保证设备安全工作,建议堵转时间不宜超过20s.