多跨转子轴承系统碰摩故障非线性动力特性研究

摘要

旋转机械是应用最为广泛的一类机械设备，转子系统作为旋转机械的核心部件，在电力、能源、交通、国防以及石油化工等领域中发挥着无可替代的作用。转子系统是各类机械的常见结构，在大功率高速旋转机械中，难免发生各种各样的故障，由于各种非线性因素及各种故障的影响，在振动剧烈时会发生机毁人亡的重大事故，并造成巨大的经济损失。国内外的许多科技工作者致力于故障诊断的研究，在故障机理的分析、故障特征的提取、故障预测及推理、故障诊断等多个方面取得了显著的成果，并取得了重大的经济效益和社会效益。目前对故障的研究主要集中在单盘、单跨、单一故障，多盘、多跨、耦合故障的研究正成为热点。 本文以旋转机械的多跨转子．轴承系统为研究对象，研究多跨转子．轴承系统的故障机理及动力特性。在现代非线性理论和转子动力学理论的指导下，重点对双跨转子的碰摩、油膜以及二者耦合作用时的非线性特性以及其周期运动的稳定性进行了研究，最后对多跨转子系统的瞬态响应进行了计算分析。论文的具体工作如下： (1)对双跨转子轴承系统在仅考虑油膜力作用下、油膜力与其中一跨的碰摩力耦合作用下以及在油膜力作用下两跨均发生碰摩现象时三种情况分别进行了研究，对比双跨转子的三种非线性动力学行为，分析它们的非线性动力学特性。 (2)利用求解非自治非线性系统周期解的打靶法和Floquet理论，在以上三种模型基础上，研究三种情况下转子轴承系统参数域内系统周期运动的动力学行为，分析系统周期运动的稳定性及失稳规律。 (3)对双跨转子轴承常见的油膜与碰摩故障进行研究，观察实验现象，对比未发生碰摩的双跨转子轴承系统、双跨碰摩转子轴承系统以及碰摩与油膜耦合作用时的双跨转子轴承系统三种振动情况的差别，从实验角度分析它们的非线性动力特性，为第二章理论计算提供实验依据。 (4)使用ANSYS工程软件进行编程分析，通过计算已有多跨转子系统算例的临界转速和振型验证程序正确性，进而计算它的瞬态不平衡响应。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究的目的和意义

1.2国内外对多跨转子-轴承系统的研究现状

1.3国内外对转子-轴承系统碰摩问题的研究现状

1.4国内外对转子-轴承系统油膜力的研究现状

1.5国内外对转子-轴承系统稳定性的研究现状

1.6国内外对转子-轴承系统瞬态响应的研究

1.7本文研究的主要内容

第二章考虑油膜力和碰摩力时的双跨转子轴承系统耦合故障研究

2.1概述

2.2非线油膜力作用下的双跨转子轴承系统的非线性特性研究性

2.2.1滑动轴承非线性油膜力

2.2.2非线性油膜力作用下的双跨转子轴承系统力学模型与运动微分方程

2.2.3数值计算结果分析

2.3考虑油膜力和碰摩力耦合作用时的双跨转子轴承系统非线性特性研究

2.3.1非线性碰摩力

2.3.2考虑油膜力和碰摩力耦合作用时的双跨转子轴承系统力学模型与运动微分方程

2.3.3数值计算结果分析

2.4碰摩力与油膜力耦合作用下当两跨均发生碰摩现象时双跨转子轴承系统非线性特性研究

2.4.1当两跨均发生碰摩现象时双跨转子轴承系统的力学模型与运动微分方程

2.4.2数值计算结果分析

2.5本章小结

第三章考虑油膜力和碰摩力时的双跨转子轴承系统周期运动稳定性研究

3.1概述

3.2周期运动稳定性的研究方法

3.2.1非线性非自治系统周期运动的求解

3.2.2基于Floquet理论的非线性系统周期解稳定性

3.3系统的稳定性及分岔问题数值分析

3.3.1仅考虑油膜力作用时的双跨转子轴承系统稳定性

3.3.2考虑油膜力与碰摩力耦合作用时的双跨转子轴承系统稳定性

3.3.3碰摩力与油膜力耦合作用下当两跨均发生碰摩现象时的双跨转子轴承系统稳定性

3.4本章小结

第四章双跨转子考虑油膜力和碰摩力的耦合故障模拟实验

4.1概述

4.2实验装置与测试方案

4.3实验内容

4.3.1实验设备及结构安排

4.3.2未发生碰摩时转子系统的运动

4.3.3发生碰摩时转子系统的运动

4.3.4碰摩力与油膜力耦合作用时转子系统的运动

4.4测试结果分析

4.5本章小结

第五章复杂转子系统瞬态响应有限元分析

5.1概述

5.2瞬态不平衡外力

5.3单元的运动方程

5.3.1刚性圆盘

5.3.2弹性轴段

5.4研究的主要方法

5.5各单元的划分

5.5.1轴段单元的划分

5.5.2支承单元的划分

5.6应用ANSYS软件进行的模态和瞬态分析法

5.6.1模态分析

5.6.2瞬时动态分析

5.7算例分析

5.7.1算例1

5.7.2算例2

5.8本章小结

第六章结论

参考文献

致谢