箔片非线性结构刚度对转子瞬态冲击的影响

弹性箔片轴承支承的转子在高速旋转时,转子可能会和轴承发生碰摩。为了揭示当转子采用不同结构刚度箔片支承时,该冲击对转子振动的影响机理,针对2个径向GFBs支承的刚性转子系统模型,应用龙格库塔法求解转子动力学状态方程,获得3种结构刚度箔片(均匀刚度箔片、软箔片、硬箔片)下的轴颈位移。推导出箔片轴承的等效刚度和等效阻尼系数,发现当轴颈无涡动时,箔片轴承的等效刚度正好是气膜刚度和箔片结构刚度的串联;而当轴颈有涡动时,箔片轴承的等效刚度和等效阻尼均是结构刚度、结构阻尼和涡动频率的函数,且当轴颈涡动频率趋于无穷大时,上述等效刚度和等效阻尼趋于无涡动时的值。计算表明,当采用恒定刚度箔片时,转子稳态振幅最小,但是瞬态响应时间较长;当采用非线性软箔片时,转子稳态振幅最大,但是瞬态响应时间最短。当增大非线性箔片的结构刚度时,转子稳态振幅会减小,瞬态响应时间会增加。因此,箔片的设计需要辅以轴承-转子动力学特性的考量,以获得箔片结构刚度和结构阻尼的合理匹配。     

弹流润滑球轴承-转子系统非线性动力学分析

以球轴承为研究对象,求解滚动体与内外圈在弹流润滑状态下的刚度-阻尼.基于该动态刚度和阻尼建立动力学微分方程,采用数值方法得到转子系统在不同转速和径向游隙下的分岔图、相图、庞加莱图和轴心轨迹图等,分析轴承不同转速和游隙对轴承转子系统动态特性的影响.研究表明游隙和转速是影响系统非线性特性的重要因素,具有动态刚度和阻尼的滚动轴承转子系统显示出了更为复杂的动力学特性.     

滚动轴承非线性因素对转子系统振动特性的影响

针对滚动轴承支承下的转子系统在运行过程中存在的滞后突跳问题,利用嵌入同伦弧长延拓的HB-AFT方法,可以快速计算在滚动轴承支承下转子系统的滞后突跳区间;利用Floquent理论进行稳定性判定,分析轴承等效刚度、轴承游隙与线性阻尼系数对转子系统滞后突跳的影响.结果表明:轴承游隙与轴承等效刚度在一定范围内变化会影响转子系统的滞后突跳区间,而阻尼系数只在转子系统临界转速附近影响系统振动的幅值.研究结果可为轴承-转子系统参数的选取提供理论参考.     

基于有限元方法的液体动静压主轴系统数字化分析

轴承的支撑特性与主轴系统的动态特性直接影响着磨削加工质量,液体动静压主轴系统的动态特性主要体现在轴承的支撑刚度与阻尼.首先使用流体动力学分析技术对液体动静压轴承进行不同参数下的油膜承载能力、油膜温度场分析,进而使用动网格技术对油膜支撑刚度与阻尼进行分析.然后将所得到的支撑刚度与阻尼转化为等效模型应用到主轴系统动态特性有限元分析中,对主轴系统进行动态特性分析.最后采用实验方法测量主轴系统固有频率以验证分析方法的正确性.     

倒置式轴承动特性试验台建模及参数识别精度

针对滑动轴承倒置式试验台,建立了轴承转子动力学模型和动特性系数测试的频域模型,提出了基于正反动力学仿真的动特性系数识别的精度评估方法,重点分析了测试误差和激振频率对动特性系数识别精度的影响.结果表明:刚度阻尼系数的识别误差与幅值误差的大小基本成正比;相位误差对主刚度和交叉阻尼影响很小,对交叉刚度和主阻尼影响较大;当同时存在幅值和相位误差时,对动特性系数识别精度的影响为两种误差单独影响效果的叠加.当采用单频激振法测试轴承动特性时,宜在低频和共振频率附近分别进行两次测试.低频范围内主刚度和交叉阻尼识别数据较为可信,而在共振频率附近主阻尼识别误差小;交叉刚度对相位误差敏感,只有当相位误差很小时识别结果才较为可信.     

机床支撑地脚结合部参数辨识方法

支撑地脚动态特性直接影响机床整机的动态特性,对地脚结合部进行参数辨识可以更准确地建立机床整机动力学模型。该文提出一种地脚结合部等效刚度和阻尼的辨识方法。将某床身试验台的地脚结合部等效为3向弹簧阻尼系统进行动力学建模,通过模态试验得到床身的模态频率与阻尼比,由此辨识出地脚结合部的等效刚度和阻尼。然而,该方法无法直接对任意支撑状态下的地脚等效参数进行辨识。针对这一问题,该文先对均匀质量床身对称支撑状态下的地脚结合部进行参数辨识,然后改变地脚所受正压力的大小,重复参数辨识过程,得出结合部参数与正压力的关系,用于计算任意承重状态下的地脚结合部参数。参数辨识结果表明,地脚结合部等效刚度和阻尼均随着正压力的增大而增大。通过有限元仿真对参数辨识结果进行了验证,考虑地脚参数的有限元模型仿真结果与试验结果一致。     

带附加气室空气弹簧力学特性参数试验

为了揭示带附加气室空气弹簧动力学特性,基于1T15M-2膜式空气弹簧建立了带附加气室空气弹簧力学特性试验测试系统,利用自由衰减振动的方法研究了簧上质量、节流孔直径、附加气室容积等因素对系统等效刚度、等效阻尼及固有频率等力学特性参数的影响.试验结果表明:在保持弹簧工作高度不变的前提下,增加簧上质量会增大弹簧等效刚度,但簧上质量的变化对弹簧的等效阻尼比和固有频率影响不大;随节流孔直径的增大,等效阻尼先增大后减小;在节流孔直径4～7 mm范围内,等效刚度和固有频率均由最大值迅速降到最小值;在附加气室容积小于主气室容积2～3倍范围内,增大附加气室容积有利于降低空气弹簧的等效刚度和固有频率;在节流孔有效作用下,再增大附加气室容积会明显增大空气弹簧等效阻尼比.     

迷宫齿蘑菇形磨损时密封泄漏特性和转子动力特性系数研究

采用基于转子多频椭圆涡动模型和动网格技术的Unsteady Reynolds-Averaged NavierStokes(URANS)方程求解方法,研究了迷宫齿蘑菇形磨损对密封泄漏特性和气流激振转子动力特性的影响,计算分析了未磨损以及磨损间隙分别为0.4、0.5、0.6mm时的密封泄漏量,流场以及转子动力特性系数。结果表明:迷宫齿蘑菇形磨损使得密封间隙内缩流面积增加,导致迷宫密封泄漏量随磨损间隙增加而增加,且当磨损间隙大于0.4mm时,泄漏量随磨损间隙增加而线性增加;迷宫齿蘑菇形磨损增加了密封的直接刚度,降低了密封交叉刚度的大小以及直接阻尼,但当磨损间隙超过0.5mm时,直接阻尼不再发生改变;随着迷宫齿蘑菇形磨损间隙增加,迷宫密封有效阻尼降低,从而使得转子稳定性降低,但仍然处于稳定范围内。     

半主动阻尼拉杆的动态特性研究

将半主动阻尼拉杆等效成质量和弹簧的二自由度模型,推导了动刚度表达式.建立了基于线弹性、分数导数和摩擦模型的橡胶衬套非线性模型,采用Maxwell模型来描述广义阻尼器动刚度.利用最小二乘法对衬套和广义阻尼器动刚度模型中的参数进行了识别.通过实验和仿真计算对比了半主动阻尼拉杆在通电和不通电两种工况下的动刚度值.分析了等效弹簧刚度、阻尼常数和衬套刚度对半主动阻尼拉杆动刚度和阻尼性能的影响.结果表明:当衬套刚度、等效弹簧刚度和阻尼常数较大时,半主动阻尼拉杆的动刚度较大;增加阻尼常数能提高半主动阻尼拉杆低频时的动刚度,降低等效弹簧刚度和衬套刚度可以减小高频时的动刚度;衬套刚度对阻尼性能影响较小;等效弹簧刚度和阻尼常数越小,半主动阻尼拉杆阻尼性能越好.     

自补偿液体静压轴承静/动态特性有限元分析

对一种新型的自补偿双锥面液体静压轴承进行了理论和实验研究.介绍了自补偿双锥面液体静压轴承结构与工作原理,采用小扰动法建立了其润滑油膜的理论模型,自补偿节流公式中计入了转子移动对节流间隙的影响.采用有限元方法求解了轴承的承载力、流量、刚度和阻尼系数,通过对承载力的测试验证了模型的可行性.结果表明:自补偿双锥面液体静压轴承比同条件下固定节流静压轴承的径向承载力高,且其在较小载荷下工作时具有较高刚度.