考虑不对中-不平衡耦合故障影响下的转子系统振动抑制研究

不对中-不平衡耦合故障是旋转机械中典型的耦合故障,极易引起转子系统的大幅振动,对其运行安全性和平稳性造成不利影响。为了有效规避大幅振动的发生,利用非线性能量阱(NES)的定向能量转移策略和宽频减振优势,对不对中-不平衡耦合故障影响下的转子系统振动抑制进行研究。通过质量集中法构建了转子系统,将转子系统与不平衡、不对中故障耦合,然后使用TMD与NES两种吸振器对该耦合系统进行振动抑制,然后推导出了含吸振器的耦合转子系统的运动方程,使用Matlab求出了数值仿真解,发现吸振器的安装位置以及结构参数对减振效果有很大影响,然后比较了两种吸振器的振动抑制效果,结果表明NES吸振器有更好的振动抑制效果。     

径向不对中对高速滚动联轴器特性影响的研究

滚动联轴器是在国家科技攻关项目研究中发明的一项发明专利产品。为了揭示滚动联轴器在高速传动中的不对中特性规律,基于滚动联轴器啮合数学模型,采用耦合矩阵法,建立了联轴器—转子径向不对中耦合振动方程,结合实际试验模型,对比计算分析了联轴器分别在完全对中与径向不对中量分别为0.8、1.6、2.4、3.2、4.0 mm情况下的动态响应。计算结果显示,滚动联轴器在高速传动中随着径向不对中量的增大,左、右半联轴器周期性振荡随之加剧;且左半联轴器振荡幅度有加大的趋势,这将导致联轴器左端转子系统因剧烈振荡而失稳,而右半联轴器振荡幅度增加较平稳,受左半联轴器影响不大,有利于平稳传动,说明滚动联轴器能较好地隔离不利振动在轴系间的传递,保护从动系统不受破坏。     

基于积分模型的斜齿轮转子系统振动特性分析

为了模拟工程应用中斜齿轮转子系统的动力学特性,考虑齿轮齿面刚度分布场、传递误差分布场、啮合过程中啮合刚度、摆动刚度和刚度中心等参数,建立了通用的斜齿轮集中质量模型.将该模型与转子系统有限元模型进行了耦合,得到了斜齿轮转子系统有限元模型.最后,以一对斜齿轮转子系统为例,分析了该系统的振动响应特性.研究结果表明:该模型能够有效精确地模拟齿轮之间的啮合.通过对啮合力响应进行傅里叶分析,表明齿轮1倍啮合频率对系统响应影响最大,而其他频率对系统振动响应影响较小.     

固定式刚性联轴器不对中弯扭耦合振动特性

以水轮发电机组固定式刚性联轴器平行不对中故障为研究对象,从动力学角度推导不对中机理,建立平行不对中弯扭耦合振动微分方程.基于该微分方程,理论上分析了弯振、扭振之间的相互影响;从转速、质量偏心、不对中量和阻尼系数等几方面进行弯扭耦合振动数值仿真.仿真计算表明:弯振与扭振通过固结于转子的偏心质量相互耦合;弯振主要包含工频成分,不对中越严重,工频所占比例越大.扭振包括极大的直流分量和少量倍频成分,过大的直流分量对机组安全不利.     

齿轮转子系统参数振动特征的数值研究

以渐开线直齿圆柱齿轮传动作为研究对象,计及轴和支承的弹性变形以及轮齿时变啮合刚度,忽略啮合侧隙和轴承间隙,建立了齿轮转子系统扭转—横向振动相互耦合的3自由度动力学方程。利用数值仿真方法,研究了系统在时变刚度激励下稳态响应的特征,探讨了支承刚度、支承阻尼、啮合阻尼等参数对振动失稳和参数共振的影响。研究结果对于齿轮传动的减振与降噪具有积极意义。图9,参14。     

ISFD抑制转子不对中故障研究

针对旋转机械常见的转子不对中故障,设计了一种弹性阻尼支承—整体式挤压油膜阻尼器（ISFD）,研究ISFD弹性阻尼支承对转子不对中故障的振动抑制效果。运用有限元方法分析转子不对中力学模型,搭建单跨双支承转子实验台,模拟转子不对中故障,并对ISFD弹性阻尼支承的减振特性进行实验研究。实验结果表明：不对中故障导致转子振动增大,ISFD弹性阻尼支承可以有效减小振动,转子一倍频的降幅达到90.0%,二倍频的降幅达到97.5%。     

含增速齿轮的转子系统固有特性研究

在建立齿轮啮合作用的基础上,建立了某型齿轮增速非直联压缩机转子系统有限元模型.为更能体现含齿轮转子系统的特点,首先对单轴进行分析,并在此基础之上对含齿轮啮合的整机进行了动力学特性分析,包括弯曲振动、扭转振动以及弯扭耦合振动.分析结果显示:由于齿轮啮合效应的存在,使得增速箱系统出现了新频率;轴套对耦合系统的扭转影响主要体现在第3,4阶上;而弯扭耦合特性中齿轮的耦合作用较弱.因此认为,在进行该类转子系统的设计时应充分考虑齿轮的啮合作用,以保证系统设计的缺陷达最低.研究结果可以为相关系统的设计工作及其振动控制提供理论参考.     

部分充液转子系统的异步振动

由Kollmann-Wolf的试验知道,部分充有无粘不可压缩液体的转子系统,在其临界转速之上存在一个自激失稳区.本文进一步研究了系统在其自激失稳区以外的振动特性.渐近法的计算结果表明:在自激失稳区之上,系统的振动以异步振动为主,其强度随着转速的增大而增大,其频率是小于旋转频率的固有频率中的一个,且异步振频与旋频之比跟旋频无关.以上结论在实验中得到了证实,计算结果与实验值之间具有极好的一致性.     

耦合故障转子系统的降维及动力学特性

比较非线性Galerkin法和标准Galerkin法在处理滚动轴承和不对中、碰摩故障引起复杂非线性问题时的降维效果,并用非线性Galerkin法进一步分析故障转子系统的动力学特性.考虑花键联轴器不对中啮合力,建立不对中-碰摩耦合故障转子-滚动轴承-花键联轴器系统动力学模型,采用两种Galerkin法对转子系统进行降维,并进行数值仿真,利用分岔图和瀑布图等进行对比分析.结果表明:非线性Galerkin法在处理不对中单一故障及不对中-碰摩耦合故障转子系统所得结果均能与未降维系统较好地吻合,而标准Galerkin法所得结果则存在一定差别甚至出现降维方法失效;应用非线性Galerkin法进一步分析故障转子系统发现,尽管降维使故障转子系统的维数减少,但并未改变故障转子的动力学特性,其故障特征信息仍得到保留.     

转子-齿式联轴器-轴承系统不对中动力学特性

在齿式联轴器不对中啮合力模型基础上,基于有限元分析建立了齿式联轴器不对中转子-轴承系统动力学方程,通过数值仿真和试验测试研究了联轴器不对中对转子-轴承系统动力学特性和稳定性的影响规律.结果表明:虽然齿式联轴器具有一定的不对中补偿能力,但不对中仍会导致其连接转子系统的倍频振动,且倍频振幅随着不对中量的增加而增加.在转子-齿式联轴器-轴承系统不对中量增加过程中,油膜振荡和齿式联轴器自激振荡交替或耦合影响系统的稳定性.因此,不对中转子-联轴器-轴承系统的振动比较复杂,蕴含着丰富的非线性振动现象,在研究时应充分考虑啮合力和油膜力的耦合效应.     

基于事件触发观测器的不对中故障检测

目的 研究利用离散时间观测器模型来检测转子系统的早期不对中故障,提出一种基于新型事件触发区间观测器的转子早期不对中故障检测方法。方法 由区间观测器生成残差区间,过程中引入更符合实际的l₁/H_∞性能指标并转化为线性矩阵不等式约束条件下的凸优化问题;利用转子不对中实验平台进行实验,验证所提故障检测方法的有效性。结果 新型事件触发区间观测器具有最优的未知干扰鲁棒性和早期不对中故障敏感度;分析实验振动数据表明,引入事件触发策略后数据量减少一半。结论 笔者提出的事件触发区间观测器故障检测方法有更广泛的应用范围,引入事件触发机制,在保证检测效果的前提下,缓解了通信网络的压力。     

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·     

齿轮联轴器的计算与润滑

通过对刚性齿轮联轴器的结构特点及其内外齿轮啮合规律的分析和研究,探讨了齿轮联轴器的应力计算,并结合齿面的损伤特点,进一步强调了齿轮联轴器润滑的重要性。     

不对中工况下的修形齿轮副啮合特性分析

由于对齿轮进行鼓向修形可以有效缓解不对中故障对系统的影响,改善啮合状态,提升传动的平稳性.因此,基于轮齿承载接触分析理论建立考虑轮齿修形以及不对中的啮合特性分析模型,并通过ANSYS对模型的有效性进行了验证;基于本文模型分析了不同接触状态下的齿轮副时变啮合刚度与接触应力;最后以降低齿面接触应力为优化目标,对不对中齿轮副的鼓向修形量进行了优化.本文方法在保证计算精度的前提下极大地提升了计算效率,可为不对中齿轮副的修形优化设计提供理论依据.     

BNES对转子系统扭转振动抑制的理论和试验研究

为了抑制转子系统的扭转振动,提出了一种双稳态非线性能量阱(bi-stable nonlinear energy sink, BNES).首先介绍了BNES的结构和工作原理,在此基础上建立了转子-BNES耦合系统的动力学方程.然后利用数值计算方法,对BNES在瞬态和稳态激励下的振动抑制能力进行了研究,并与相同转动惯量的线性动力吸振器(linear dynamic vibration absorber, LDVA)进行了对比.最后,搭建测试平台,试验验证了BNES对转子系统扭转振动抑制的能力.研究结果表明,该BNES对转子系统的瞬态响应以及稳态响应具有良好的振动抑制效果;在给定的参数下,BNES的振动抑制能力优于LDVA.     

齿轮—转子—轴承系统弯扭耦合振动模型研究

总结了齿轮－转子－轴承系统弯扭耦合振动的耦合模型，指明了它们之间的内在关系通过计入齿轮啮合线瞬时位置的变化对齿轮间动态啮合力的影响，建立了更加合理、更加精细的弯扭耦合模型，以前的弯扭耦合模型只是文章中新模型的新例，可由新模型退化得到。     

基于动力学仿真的柴油机轴系不对中故障探究

针对柴油机轴系齿式联轴器不对中故障,首先建立齿式联轴器轴向摩擦力数学模型,分析不对中产生的轴向摩擦力特点,然后构建包括齿式联轴器在内的轴系动力学仿真模型,探究齿式联轴器不对中故障下曲轴的动力学行为规律,分析曲轴推力轴承及齿轮的受力变化。仿真结果表明：不对中的齿式联轴器外齿元件会对内齿套产生轴向摩擦力,由此影响曲轴轴向窜动,进而导致曲轴止推轴承和正时齿轮轮齿接触力发生改变。通过实际故障案例验证了仿真结果的正确性。本文结论可为柴油机轴系故障的排查和诊断提供机理依据。     

裂纹转子系统扭转振动时频特性研究

基于简单铰链裂纹模型和局部柔度理论，建立了横向裂纹转子系统扭转振动的动力学模型，得到了裂纹转子扭转振动的数值仿真解，并有了呼吸裂纹转子系统存在着亚谐波共振特性，将小波技术引入到裂纹转子扭转振动时频特性的数值仿真研究中，结果发现裂纹转子的小波时频二维谱存在着6组大系数，小波三维谱表现为6个峰，相应的小波时频等高线表现为6组同心圆，从而表明可以利用裂纹转子扭转振动独特的时频特性作为监测转子系统横向裂纹的依据。     

多平行轴齿轮传动转子系统临界转速的计算

采用固定界面模态综合法对多平行轴齿轮传动转子系统临界转速的计算进行了分析，并应用MATLAB对分析过程进行了编程，结果表明使用MATLAB程序提高了计算效率。最后以某具体多平行轴齿轮传动转子系统-发电机设备为例，求出了系统前四阶临界转速，讨论了系统主要结构参数对临界转速的影响。     

载荷参数对风力发电机锥形转子系统特征值的影响

转子不对中会造成运行故障和载荷参数改变.通过传递矩阵法,采用锥形类轴单元处理锥形转子,建立不对中风力发电机锥形转子系统的模型,并计算其特征值.分析锥形轴段单元数对其特征值的影响,讨论轴向载荷和扭矩载荷参数对风力发电机锥形转子系统特征值的影响.为风力发电机锥形转子系统不对中故障研究提供指导.