油膜失稳引起的轴承碰摩故障研究

为了研究油膜失稳和转子-轴承碰摩两种单一故障相互作用形成的耦合故障,利用转子实验台模拟油膜失稳引起的轴承碰摩故障,采集发生此故障时转子系统升降速过程的振动信号.利用三维谱振图、重排小波尺度图、频谱图和轴心轨迹图对竖直方向振动信号进行分析,结果表明:重排小波尺度图可以很好地提取轴承碰摩时的时间和频率信息.当转子系统发生二者耦合故障时,油膜失稳占主导地位,油膜失稳引起的碰摩会产生转频和涡动频率的组合频率成分.此外,由于不可公约的组合频率出现,轴心轨迹变得混乱不规则.     

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。     

不平衡磁拉力对碰摩转子-轴承系统的影响

针对转子-轴承系统当同时存在动偏心和静偏心时,不平衡磁拉力引起的系统振动问题,从气隙磁场能出发,推导了同时考虑两种气隙偏心时的不平衡磁拉力表达式,并将其表示为电磁刚度的形式.通过拉格朗日方程,建立了不平衡磁拉力作用下碰摩转子-轴承系统的非线性动力学方程,利用四阶龙格-库塔法求解系统微分方程并得到转子的分岔图和频谱瀑布图等,分析了电磁刚度、系统转速、初始间隙和静偏心对转子-轴承系统振动特性的影响.研究结果表明:电磁刚度的存在使碰摩现象和油膜涡动发生延迟,有利于系统在中低转速区域的安全稳定运行;在初始间隙和静偏心的变化过程中,系统会出现拟周期运动与倍周期运动交替出现的规律,且静偏心越大,系统振幅越大.     

涡轴发动机悬臂型动力涡轮转子定点碰摩仿真

针对某型涡轴发动机动力涡轮转子的悬臂结构特征,基于ANSYS建立转子叶片-机匣有限元模型,并进行临界转速测试试验验证所建立模型的准确性.针对转子叶片-机匣可能出现的定点碰摩故障,以二次函数拟合叶尖-机匣间因机匣凸点产生的静态间隙变化,并基于静态间隙函数与分段线性碰摩力理论,建立动力涡轮转子叶片与机匣内壁的定点碰摩模型,同时考虑不平衡载荷,开展定点碰摩仿真.研究表明:在发生不平衡-定点碰摩故障时,区别于扭振,弯曲振动的基频幅值主要由不平衡故障引起;转轴中心点的弯振频谱图、扭振频谱图都出现倍频分量,且与转子每周碰摩次数相关的倍频幅值增大明显;此外,不平衡-定点碰摩故障还将导致接近系统扭振固有频率的扭振倍频幅值的分量增大.     

碰摩转子系统的混沌特性

基于旋转机械故障诊断的需要，分析了一个由油膜轴承支承的转子系统在转子与定子碰摩时的振动特征，模型考虑了碰撞时定子的线性变形以及摩擦时的库仑摩擦。分析表明，系统除具有各种形式的周期和概周期振动以外，还具有丰富的混沌运动与分叉现象。碰摩转子系统所展示的混沌运动以及所具有的各种现象，作为这类系统的显著特征，可以用于诊断汽轮发电机组中经常发生的碰摩故障     

转子碰摩非线性动力学特征分析

利用数值方法研究了转子碰摩系统随外激励频率变化的复杂动力学行为。指出高频振动分量的出现与否是判断系统产生碰摩的必要条件;当发迹轴承间隙时,系统中可能出现单处碰摩或多处等不同的碰摩形式。     

基于模态扩展与谐波分解的转子碰摩故障精确诊断

以某单跨双盘模型转子实验台为例,建立了该转子-轴承系统有限元模型,得到转子系统前两阶固有频率和振型向量等模态参数·基于转子系统碰摩力的周期性假设,利用模态扩展方法,对故障和健康转子系统振动信号的残差矩阵进行傅立叶级数的分频谐波近似,估算得到转子-轴承各节点的碰摩力·根据转子各结点估算碰摩力的频谱、时序以及等效碰摩力幅确定碰摩发生位置,进而对碰摩故障的程度进行定性评估·试验表明,这种方法可以对转子周期性碰摩进行较精确的诊断,并为其他转子-轴承系统故障诊断提供参考·     

含有碰摩故障的多盘双转子系统动态特性

建立航空发动机双转子轴承系统的有限元模型,为考察碰摩特征对双转子系统的影响,在考虑转轴剪切效应、惯量分布效应、横向扭转以及系统结构的几何参数等重要影响因素的前提下考察碰摩故障对系统的影响.研究了碰摩间隙等参数变化时对双转子系统动态特性的影响规律.结果表明由于双转子本身结构和转速的影响,转子各处呈现非周期1运动.另外,由于碰摩影响,整个系统会出现非线性响应,但由于中介轴承的影响在无碰摩故障的转轴上非周期运动稍弱一些.中介轴承除了有耦合作用外,还起到了隔振的作用.     

机动飞行下挤压油膜阻尼器对碰摩故障转子系统的影响

飞机飞行时,航空发动机的故障对于飞机的安全性有着重要影响。针对这个问题,基于Lagrange方程,建立了飞机在空间进行机动飞行时发动机转子系统的动力学模型;同时基于库伦定律,建立了转子碰摩故障模型;基于雷诺方程,建立了挤压油膜阻尼器的模型;对模型进行综合建模,得到不同机动飞行条件下转子-滚动轴承-挤压油膜阻尼器(SFD)系统非线性动力学微分方程,通过龙格库塔数值解法进行求解得到不同机动飞行状态下碰摩故障状态的系统振动响应,得到了不同机动飞行状态下碰摩故障转子系统的运动分岔图,同时利用典型转速(1 400rad/s,2 000rad/s)下转子系统的频谱图、庞加莱图、时域图和轴心轨迹图研究系统的动力学特性。研究结果表明:在高转速下,SFD能够显著提高系统的稳定性,抑制系统的非线性特征,但是在低转速下可能损害系统稳定性;不同机动飞行状态下,SFD对于转子系统非线性特征的影响大小也不同。     

碰摩转子轴承系统非线性振动特征的实验研究

建立了转子碰摩故障的实验装置,通过实验研究了转子系统碰摩故障的非线性振动特征,发现对油膜力影响较小的系统,转定子碰摩使系统产生了半频及高频分量,而对于滑动轴承支撑的系统,较小的碰摩间隙使得系统在油膜涡动之前产生碰摩,系统产生了丰富的高频分量;当碰摩间隙较大时,碰摩在油膜涡动之后发生,此时碰摩对系统的影响很小,轴承油膜力对系统的影响最大·     

转子系统动静件径向摩擦的振动特征

动静件碰摩是旋转机械中较常见且难以确诊的一类故障．本文分析了具有线性支承和非线性刚度转轴的Ｊｅｆｃｏｔ转子系统发生动静件径向接触摩擦时的振动特征,揭示了其多吸引子共存、拟周期振动、次谐波振动以及分叉等非线性动力行为,得出的结论有助于旋转机械摩擦类故障的准确诊断．图６、参９．     

按模态综合法讨论复合轴系的动力响应

本文为分析诸如精纺纱锭、气流纺杯转子等纺织机高速回转轴系的动力特性,讨论了模态综合法在确定复合轴系的动力响应上的应用;然后对因组件初始不均衡而有的激励和具有中间套管的挤压油膜阻尼装置进行分析;最后,作为算例,对国产型号精纺纱锭在给定卷装初始不均衡量下,计算其工作转速邻近的范围内强迫振动的锭端振幅和上轴承反力,并和实验结果相验证。     

旋转机械转子-机匣系统碰摩的随机响应

针对仅考虑具有质量偏心的旋转机械Jeffcott转子-机匣系统碰摩模型的动力学方程,进行了转子-机匣系统碰摩的随机响应研究·应用Kronecker代数、矩阵微分理论、向量值和矩阵值函数的二阶矩技术、矩阵摄动理论和概率统计方法系统地研究了转子-机匣系统碰摩的随机响应问题,推导出了一般的数学表达式,给出了数值分析解·分析了把转轴刚度和阻尼、定子刚度和阻尼、偏心距和定子径向刚度作为随机参数的随机系统的响应·分析表明,该转子系统在初始阶段振动强烈,响应幅值超过转子和定子之间的间隙,会发生碰摩现象·     

轴车削过程的时变边界动力学分析

在对轴车削过程进行几何描述的基础上,利用微分变分原理建立了轴与车床耦合振动的动力学模型,并利用谱截断的方法,降阶为4自由度的模型.通过数值计算,讨论了车削过程中动力学特性.研究表明,由于轴边界的时变,轴的振动不存在固有的模态,其自振频率和主振型为时变的;由于轴-车床耦合附加刚度的作用,轴的自振频率不是随时间单调减小,并且在车刀处于轴中央截面的时刻轴的振动位移未达到其最大值.在材料的几何方程和物理方程都是线性的条件下,轴边界和车刀位置的时变导致轴-车床耦合振动微分方程的非线性,轴振动位移的最大值与车削工艺参量成非线性关系.     

深沟球轴承加速-恒速过程动态特性有限元分析

建立了深沟球轴承三维动力接触有限元模型,综合考虑轴承工作过程中各部件的变形以及实际受载形式,采用LSDYNA显式动力学求解器,计算了轴承在3种径向载荷作用下,加速-恒速工作过程的动力学响应.计算结果表明:轴承在加速阶段产生强烈的振动,并延续至恒速运行的初期,3种径向载荷作用下滚动体内等效应力均远高于轴承钢的屈服强度;随着恒速运行时间的增加,振动明显减弱,轴承进入稳定的工作状态,径向载荷越大,轴颈中心径向位移的振动范围越小,轴颈中心离开轴承轴线的平均距离越远;压应力与摩擦力的同时作用使得滚动体内平行于滚动方向的剪切应力呈非对称分布.     

灯泡贯流式机组轴系统的横向自振特性

利用有限单元法，考虑陀螺效应等因素，编制机组轴系统横向振动的自 振频率计算的计算机程序并计算轴系的自振频率．然后，分析油膜刚度以及 轴承座和基础的弹性对轴系自振持性的影响．结果表明：油膜轴承的交叉刚 度、陀螺效应以及轴承座和基础的弹性对轴系的自振特性的影响非常显著； 因此，在计算轴系的自振频率时，非常有必要考虑这些因素的影响．     

基于虚拟仪器的机械转子轴心轨迹分析

转子轴心轨迹是判断机械转子运行状态和故障征兆的重要依据,文中研究了几种机械转子典型故障及其对应的频率和轴心轨迹特征,运用LabVIEW软件平台,开发出智能控件化虚拟式轴心轨迹测试分析系统,调用由VC 编写的动态链接库(DLL)函数实现对机械转子振动信号的采集.试验表明,转子轴心轨迹测试分析系统可实时显示轴心轨迹、轴心位置和两路相互垂直振动信号的波形和频谱,以此可以判断一些常见的旋转机械故障,计算出用来消除转子不平衡的平衡质量块的大小及坐标点位置.     

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。