碰摩转子系统非线性动力学特性分析

摘要

转子-轴承系统作为旋转机械的核心部件，其运行的稳定性与否将直接影响旋转机械的工作性能。转子系统一旦发生故障，轻则影响运行效率，重则造成严重的经济损失。碰摩作为最常见的故障形式之一，具有发生率高、危害性大的特点。因此有必要对含碰摩故障的转子系统进行动力学特性研究，这有助于降低事故发生率以及停机检查的次数，可以为转子系统的故障检测以及优化设计提供理论依据。 本文主要以滑动轴承支承下的简化碰摩转子系统为研究对象,按照牛顿第二定律，列出了相应的运动微分方程。运用非线性理论和转子动力学相关知识，分析了碰摩故障对转子系统的动力学行为的影响规律。并通过时域波形图、轴心轨迹、频谱图、相图、庞加莱图以及分岔图探讨了系统各参数改变对转子系统响应的影响规律。主要研究工作如下： (1)对单盘碰摩转子系统而言，在临界转速附近，当定子刚度较小时，系统振动失稳处于混沌状态，随着刚度的增大，位移响应开始朝着周期解演变，并且越来越稳定。当选定转速为研究对象时，在低、中、高转速范围内，系统响应分别呈现为周期、混沌和拟周期运动。随着偏心量的不断增大，转子系统在临界转速区间逐渐趋于混沌，整个系统也变得不稳定。随着摩擦系数的增大，系统的振动响应在临界转速处由混沌慢慢朝着周期和拟周期窗口演化，而在高速区域始终以拟周期运动为主。 (2)对于双盘碰摩转子系统而言，不同数量的圆盘发生碰摩时的系统响应有所不同，在临界转速和高转速区域内均有着各自的故障特征。当选定润滑油粘度为研究对象时，系统在低速、临界转速以及高转速下的响应分别以周期解、拟周期解和混沌解为主，在中低转速时，系统响应对于粘度的变化较为敏感，会随着粘度的增大而向周期解过渡，但在高频阶段，粘度的改变很难影响到转子的振动状态。当选定左盘偏心量为研究对象时，左盘的振动在临界转速附近以混沌解为主，并且随着右盘偏心量的增大，转子系统的运动稳定性显著下降。 (3)对于含松动-碰摩耦合故障的双盘转子系统而言，在高转速区域内，松动故障使得系统响应从拟周期演化为混沌，并且在无碰摩、单盘碰摩以及双盘碰摩时均表现出不同的动力学特征。当选定松动支座质量为研究对象时，质量改变对系统在低转速条件下的响应影响极小，此时系统的运动形式以混沌为主，而当转速较高时，支座质量的增大会使得系统的响应由混沌向周期状态演化。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要工作

2非线性碰摩转子系统分析方法及各种作用力模型

2.1 混沌与分岔

2.2.1 时间历程图和频谱图

2.2.2轴心轨迹图和相轨迹图

2.2.3庞加莱截面图

2.2.4分岔图

2.3 碰摩转子系统非线性油膜力、碰摩力模型的建立

2.3.1滑动轴承与非线性油膜力

2.3.2碰摩力模型

2.4 本章小结

3 单盘碰摩转子系统的建模及研究

3.1 单盘碰摩转子系统的模型及动力学方程

3.2 转子系统的振动响应

3.2.1 定子刚度对转子系统运行的影响

3.2.2 激励频率对转子系统运行的影响

3.2.3 偏心量对转子系统运行的影响

3.2.4 摩擦系数对转子系统的运行影响

3.3 本章小结

4双盘碰摩转子系统动力学研究

4.1双盘碰摩转子系统的动力学模型及方程

4.2双盘碰摩转子系统的振动响应

4.2.1 不同数量的圆盘碰摩时的转子系统响应

4.2.2 润滑油粘度对于转子系统响应的影响

4.2.3 偏心量对于转子系统响应的影响

4.3 本章小结

5 含松动-碰摩耦合故障的双盘转子系统动力学研究

5.1 耦合故障转子系统的动力学模型及方程

5.2 含耦合故障转子系统的振动响应

5.2.1 含不同故障类型的转子系统振动响应

5.2.2 松动支座质量对于转子系统响应的影响

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 本文主要结论

6.2 研究展望

参考文献

作者简历

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