用状态变量法研究轴承-转子系统稳定性

在计算轴承－ 转子系统的稳定性和轴心轨迹时,为克服特征根法、Ｆｏｕｒｉｅｒ 级数法等计算方法的局限性,提出了用状态方程的时域分析法计算流体润滑轴承在位移扰动、冲击载荷和不平衡激励等典型扰动下的轴心轨迹和判断稳定性的方法,根据当前时刻的状态变量值,只要进行一次矩阵乘法即可得到下一时刻的状态变量值,具有不受步长大小的限制而保持较高的计算精度。同时还讨论了小扰动理论的使用条件。     

参数激励电磁轴承-转子系统的混沌特性

研究了参数激励下电磁轴承-转子系统的非线性动力学嗡题,得出了主参数共振情况下的平均方程,得到了平均系统的Normal Form.对平均方程进行数值模拟,结果表明电磁轴承-转子系统在某些参数区域内可以出现全局分叉和混沌运动.     

轴承-转子系统运动分析及主轴振动的相位控制

为限制高速运动过程中轴承转子系统的振动及提高机床加工精度,提出了通过控制可倾瓦轴承转子的振幅和相位以降低主轴前端振幅来达到提高加工精度的方法.建立了刚性轴转子系统的五自由度振动模型,并求出了转子系统振动的微分方程;通过流量平衡法求得可倾瓦轴承的供油流量,并离散雷诺方程求出了可倾瓦轴承的油膜力;通过欧拉法得出了可倾瓦轴承转子轨迹,并通过空间直线方程得出了主轴前端转子运动轨迹;通过电磁致动器作为辅助控制装置调节可倾瓦轴承转子的切向加速度和法向加速度.算例的仿真结果显示可倾瓦轴承转子的轨迹收敛成圆形,并减小了前后轴承的相位差,主轴前端振幅降低了60.26%.      

滑动轴承油膜从层流到紊流过渡区域的试验研究

作为对滑动轴承油膜从层流到紊流过渡区域的试验研究,作者在国内首次设计了一试验台,试验观察了圆柱轴承中油膜层流失稳、Taylor涡旋的产生和发展过程,拍摄了流动过渡过程的一系列照片,并作了较详细的分析。分别用流动显示法和测摩擦力矩法测定了同心与偏心情况下判别层流失稳的临界Taylor数。与国外有关资料以及与线性理论和整体理论的计算结果比较表明,本文的试验观察和测量均获得较好的结果。     

滑动轴承-转子-定子系统耦合故障的非线性动力学特性

以某型发动机转子碰摩故障为背景,建立了滑动轴承-弹性转子-定子系统碰摩故障的四质量非线性动力学模型,分析了非线性油膜力、油膜剪力和碰摩力对转子系统耦合故障响应的影响·利用数值模拟分析了考虑油膜剪力情况下该系统的分岔与混沌运动,得到了该轴承转子定子系统在某些有实际意义的参数域内的非线性响应的Poincar啨映射图、Lyapunov指数曲线图、分岔图、相轨线图、轴心轨迹图和幅值谱图,发现了该系统的丰富的非线性行为·分析结果表明,系统响应在较宽的频率范围内存在着分频周期运动、拟周期运动和混沌运动,在混沌运动区内存在大量的窄带周期窗口     

圆柱滚子结构参数对链式轴承-转子系统振动性能的影响

提出了一种能更精确计算圆柱滚子轴承刚度和阻尼的新模型,并利用该模型建立了链式转子系统的振动模型,利用Riccati传递矩阵法编制了临界转速和不平衡响应的计算程序。通过选择算例研究了滚子结构参数对链式轴承-转子系统振动性能的影响。发现滚子个数、长度和直径的变化会引起转子临界转速、不平衡响应的变化,得出了一系列变化规律曲线,为进一步研究滚动轴承-转子系统的性能提供了依据。     

轴承-转子系统中滚动球轴承的动力学相似设计

针对轴承-转子系统缩尺模型中轴承的动力学相似设计问题,基于量纲分析法和相似π定理,建立了轴承-转子系统中滚动球轴承模型的动力相似准则,获得了滚动球轴承模型与原型各动力参数的相似关系.在此基础上根据滚动球轴承刚度计算公式得出刚度与基本参数之间的相似关系,并进行了滚动球轴承接触变形和最小油膜厚度的数值验证.最后通过设计实例说明了所建立的相似关系在实际轴承-转子模型设计中的有效性和实用性.     

椭圆轴承-转子系统快速运动状态分析

基于滑动轴承油膜力数据库的连续性分析，建立了椭圆轴承非线性油膜力的神经网络计算模型，该模型采用混沌扰动的BP算法训练网络，其计算结果吻合于数值解，和数据库计算方法相比，提高了计算效率，将油膜力的网络模型用于椭圆轴承－转子系统的运动方程中，可快速准确地获得系统的运动状态，在不同转速下，系统表现出同步周期运动，倍周期运动，拟周期运动或混沌等曲型的非线性运动特性，应实例表明，该模型可有效地用于旋转机械非线性动力学问题的研究。     

传递函数法轴承-转子系统不平衡响应抑制

为了解决残余不平衡力随着转子同步高速旋转时导致轴承-转子系统产生不平衡响应的问题,提出适当增大偏心率以提高油膜刚度、进而抑制不平衡响应的方法。基于动静压柔性铰链可倾瓦轴承,首先结合流量平衡原理与液体润滑雷诺方程得出轴瓦油膜的压力分布模型,并建立转子运动方程以及瓦块力矩平衡方程;然后提出轴承-转子系统的简化方法,并根据得到的简化系统的运动微分方程推导系统的标准传递函数;最后为确定人为增大偏心率的实施方案,研究了轴心定位策略,并通过最小二乘拟合法得到轴心位置-控制力方程。数值仿真结果表明:轴心定位策略能实现较高的定位精度,不平衡响应的抑制效果显著,x和y方向的振动幅值均降低为原来的10%左右。适当增大偏心率使得油膜刚度提高,能够有效抑制轴承-转子系统的不平衡响应。     

滑动轴承不平衡弹性转子系统周期运动的稳定性

利用快速Galerkin方法，结合Floquet理论，在较大的参数范围内研究了滑动轴承不平衡弹性转子系统周期运动的稳定性并进行了数值模拟。研究发现，考虑转子弹性后，较小的不平衡量使得转子刚性较大的系统Hopf分岔提前，而使得转子刚性较小的系统Hopf分岔滞后。系统刚性不同使得倍周期分岔形状发生了很大的变化，从而使得系统在参数空间的失稳途径不同。在较小的不平衡量范围内，随着转速的增大，转子刚性较大的系统失稳方式有两种，而转子刚性较小的系统失稳方式只有其中一种。在较大的不平衡量的范围内，无论转子刚性大小，系统失稳方式相同。     

轴承-转子系统动态特性研究的数值方法

采用集总质量法、梁单元法和有限元法3种数值方法研究轴承-转子系统动态特性。数值结果表明，有限元法能够高精度地分析系统固有频率和模态振型，为轴承-转子系统提供了设计依据并为油膜力、电磁力支承的轴承-转子系统奠定了理论分析基础。     

滑动轴承油膜从层流到紊流过渡区域的研究

作为对滑动轴承油膜从层流到紊流过渡区域的研究,本文采用原始变量,应用解决三维抛物型流动的思想方法,分别求解Navier-Stokes方程组中周向(主流方向)动量方程和径向、轴向(横截面流动)动量方程,计算了同心圆柱轴承油膜在超层流工况下Taylor涡旋的速度场、压力场,较全面地计算分析了不同间隙比、不同泰勒数、不同波长比对涡旋的影响,并计算了内、外圆柱上的摩擦阻力矩,为进一步解决偏心圆柱轴承的问题准备了条件。     

转子系统状态矩阵与稳定性分析

建立了考虑机匣弹性和陀螺力矩以及轴承回转动力激励时的悬臂双盘转子系统的动力学模型和运动微分方程.根据稳定性理论,由状态矩阵特征值的性质,分析了一些结构参数对转子系统稳定性的影响.结果表明:轴承回转动力激励、轴承刚度和转速对系统稳定性均有较大的影响;增大阻尼和机匣刚度对系统稳定运行有利;存在一个临界轴承刚度,当轴承刚度大于临界轴承刚度时,系统存在运动稳定区域,否则系统不存在运动稳定区域.     

转子系统振动的条件监测

本文论述了在条件监测下,BNC转子系统振动测试的几方面问题。介绍不平衡质量的同步扰动和油-涡动异步扰动这两种方法。应用于转子系统的振动测试。比较了应用SI-1220频谱分析仪对该转子系统振动信号进行分析和数据处理的三种频谱:级联频谱、功率谱和用汉宁窗函数分析复合频谱。     

气体稀薄效应对微机电系统(MEMS)气体轴承-转子系统不平衡响应的影响

为研究气体稀薄效应对微机电系统(MEMS)气体轴承-转子系统不平衡响应的影响,给出了MEMS气体轴承-转子系统运动方程和MEMS气体轴承的雷诺方程;利用双向隐式差分算法,给出了修正雷诺方程的详细数值求解过程;将转子运动方程与雷诺方程相结合,采用4阶龙格-库塔方法计算分析了气体稀薄效应对气体轴承-转子系统不平衡响应的影响。研究结果显示,考虑气体稀薄效应后,当质量偏心距较大时,MEMS气体轴承-转子系统的失稳轴颈转速较大,表明合适的偏心质量有助于改善系统的稳定性;在相同的质量偏心距下,考虑气体稀薄效应时气体轴承-转子系统在较低轴颈转速处出现峰值,表明此时不平衡偏心质量对气体轴承-转子系统运动的影响增大。     

非线性非稳态油膜支撑的密封-转子系统流体激励行为

将非线性非稳态油膜力模型与密封流体Muszynska模型结合,对非线性非稳态油膜力支承下的密封-转子系统流体激励行为进行了研究,发现其响应随转速比的变化具有复杂的动力学行为,产生了包括周期、拟周期等丰富的振动现象,具有很强的非线性特征。     

转子系统碰摩故障的实验研究

为了研究碰摩转子的非线性动力学行为,建立了多圆盘碰摩转子系统的实验台,并且设计了一种可以模拟整周碰摩的机构。观察碰摩转子在不同条件下的振动情况,同时利用波形图、频谱图、轴心轨迹图和Poincare图等工具分析了系统在碰摩发生后的非线性响应和分岔特性,并通过改变转速来研究转子系统的碰摩发展变化。结果表明:当转子发生碰摩时,系统会激发出高倍频和分数倍频,在系统发生严重碰摩时还会出现混沌现象。