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不平衡-碰摩-不对中故障耦合作用下柔性转子-滚动轴承系统动力学分析与实验

天津大学学报 2012年第10期45卷 855-864页

作者：张俊红马梁马文朋何振鹏张桂昌天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072

研究柔性转子-滚动轴承系统在不平衡-碰摩-不对中故障耦合作用下的动力学响应.基于有限元与数值计算联合仿真方法,建立转子-滚动轴承系统的耦合故障柔性多体系统动力学控制模型.运用模态综合法建立柔性多体系统动力学模型,并自行编程建... 详细信息

研究柔性转子-滚动轴承系统在不平衡-碰摩-不对中故障耦合作用下的动力学响应.基于有限元与数值计算联合仿真方法,建立转子-滚动轴承系统的耦合故障柔性多体系统动力学控制模型.运用模态综合法建立柔性多体系统动力学模型,并自行编程建立非线性轴承力、碰摩力与不对中激振力模型.分析对比了系统在各种故障耦合作用下的振动特征图.结果表明,不对中故障对转子系统的整体振动影响较明显,不对中故障较严重时,整个系统振动形式更加复杂,并且仿真分析结果与实验结果能够较好的吻合,因此该方法可有效研究转子-轴承系统的不平衡-碰摩-不对中耦合故障特征.

关键词：转子-滚动轴承系统柔性多体系统控制模型联合仿真不平衡-碰摩-不对中耦合故障动力学分析转子故障实验

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多故障转子-滚动轴承系统的动力学特性

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航空动力学报 2022年第5期37卷 909-923页

作者：钟志贤马李奕蔡忠侯陈金华祝长生桂林理工大学机械与控制工程学院广西桂林541004 浙江大学电气工程学院杭州310027

为深入研究多故障转子-滚动轴承系统的机理,充分考虑了旋转部件的扭矩、剪切力、转动惯量及陀螺力矩等效应,采用Timoshenko梁单元和转盘单元建立了转子的有限元模型,集成了滚动轴承动力学模型,及不平衡、不对中、碰摩、裂纹及松动等故... 详细信息

为深入研究多故障转子-滚动轴承系统的机理,充分考虑了旋转部件的扭矩、剪切力、转动惯量及陀螺力矩等效应,采用Timoshenko梁单元和转盘单元建立了转子的有限元模型,集成了滚动轴承动力学模型,及不平衡、不对中、碰摩、裂纹及松动等故障模型,得到了多故障转子-滚动轴承系统的动力学方程。采用变步长龙格库塔法,获得了转子-滚动轴承系统的位移响应,研究了系统位移响应随转速变化的分岔图、庞加莱截面,以及故障特征处的时域波形图、轴心轨迹图、相平面图和频谱图,探究了多故障转子-滚动轴承系统的故障特征及其动力学特性和规律。仿真分析结果表明:多故障转子-滚动轴承系统在运行过程中存在周期运动,拟周期运动和复杂的类混沌运动等丰富的非线性行为,且在各非线性行为转速区间内,会呈现不平衡、不对中、碰摩、裂纹和松动等单一故障或耦合故障的特征和现象。

关键词：转子-滚动轴承系统多故障有限元模型故障特征动力学特性

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基于弹流润滑转子-滚动轴承系统碰摩-不对中耦合故障的动力学分析

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航空动力学报 2014年第8期29卷 1940-1952页

作者：张俊红马梁马文朋王俊巴林李书明天津大学机械工程学院内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072 天津大学材料科学与工程学院天津300072 中国民航大学航空工程学院天津300300

研究弹流润滑(EHL)转子-滚动轴承系统在碰摩-不对中耦合故障状态下的动力学响应.基于EHL理论与Hertz弹性接触理论,并考虑转静碰摩故障与转子不对中故障,建立耦合故障作用下转子-滚动轴承系统非线性动力学微分方程,通过龙格库塔数值解法... 详细信息

研究弹流润滑(EHL)转子-滚动轴承系统在碰摩-不对中耦合故障状态下的动力学响应.基于EHL理论与Hertz弹性接触理论,并考虑转静碰摩故障与转子不对中故障,建立耦合故障作用下转子-滚动轴承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故障状态下系统振动响应,对比分析其结果并在航空发动机转子实验台进行验证.研究结果表明:①考虑EHL理论对单一碰摩故障系统的影响较大.考虑EHL理论的系统进入拟周期运动与周期2运动状态时的转速较未考虑EHL理论系统明显提高,周期2解所处的转速区间较未考虑EHL理论系统大.②考虑EHL理论对碰摩-不对中耦合故障系统的影响较大.考虑EHL理论的系统由周期1解进入拟周期运动,且进入拟周期状态时的转速较未考虑EHL理论的系统明显提高.③通过计算结果与实验结果进行对比分析,可发现考虑EHL理论的耦合故障系统的转子在1/2倍频与2倍频处的振动响应均弱于未考虑EHL理论的系统,考虑EHL理论的模型比未考虑EHL理论的模型能更准确体现耦合故障系统的振动响应.

关键词：转子-滚动轴承系统弹流润滑(EHL) 碰摩-不对中耦合故障动力学分析转子故障实验

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非线性Jeffcott转子-滚动轴承系统动力学分析

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振动．测试与诊断 2010年第4期30卷 367-370页

作者：王彦生张耀强张彦斌张淑芬胡可军河南科技大学建筑工程学院洛阳471003

为了研究Jeffcott转子-滚动轴承系统的非线性动力特性,建立了其非线性动力学方程,并用自适应Runge-Kutta-Felhberg算法对其求解。利用分岔图、Poincaré映射图和频谱图,分析了参数、强迫联合激励的Jeffcott转子-滚动轴承系统的响应... 详细信息

为了研究Jeffcott转子-滚动轴承系统的非线性动力特性,建立了其非线性动力学方程,并用自适应Runge-Kutta-Felhberg算法对其求解。利用分岔图、Poincaré映射图和频谱图,分析了参数、强迫联合激励的Jeffcott转子-滚动轴承系统的响应、分岔和混沌等非线性动力特性。结果表明,Jeffcott转子-滚动轴承系统有多种周期和混沌响应形式,其振动频率不仅有参数振动频率成分和强迫振动频率成分,而且有二者的倍频成分和组合频率成分;Jeffcott转子-滚动轴承系统的非线性特性随着径向游隙的增大而加剧。

关键词：转子-滚动轴承系统非线性动力学分岔混沌

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耦合故障作用下转子-滚动轴承系统动力学分析及模拟实验研究

耦合故障作用下转子-滚动轴承系统动力学分析及模拟实验研究

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作者：马梁天津大学

学位级别：硕士

随着科学技术日益发展,各类旋转机械的功率密度越来越大,其结构要求更加紧凑,导致故障发生率也随之增加,而转子系统是旋转机械的核心部件,一旦发生故障,将会造成重大的经济损失甚至人员伤亡,所以开展故障状态下转子-轴承系统动力特性的... 详细信息

随着科学技术日益发展,各类旋转机械的功率密度越来越大,其结构要求更加紧凑,导致故障发生率也随之增加,而转子系统是旋转机械的核心部件,一旦发生故障,将会造成重大的经济损失甚至人员伤亡,所以开展故障状态下转子-轴承系统动力特性的深入研究存在重要工程应用价值。本文以航空发动机转子实验台主轴系统为研究对象,以转子动力学与转子故障机理为研究基础,以研究耦合故障状态下主轴系统动力特性为目的,通过调试已搭建航空发动机转子实验台及故障模拟装置,处理分析所得实验数据并验证研究故障转子系统动力特性方法。主要内容如下: 首先对故障转子-轴承系统动力特性分析的必要性进行阐述,针对国内外转子动力学发展、转子故障机理以及转子故障实验现状进行研究,并根据现有理论基础,确定对故障转子-轴承系统的动力特性研究方法。随后通过有限元方法分析实验主轴系统低频结构动力特性,将所得固有频率和振型与模态试验结果进行对比分析,掌握所研究对象固有结构动力特性并验证所建有限元网格模型可满足工程设计和后续分析的要求。基于上述工作基础,研究柔性转子-滚动轴承系统在不平衡-碰摩-不对中故障耦合作用下的动力学响应。即运用模态综合法建立柔性多体系统动力学模型,并自行编程建立非线性轴承力、碰摩力与不对中激振力模型,最终得到转子—滚动轴承系统的耦合故障柔性多体系统动力学控制模型。分析对比系统在各种故障耦合作用下的振动特征图。最后基于航空发动机转子实验台进行实验分析,通过设置典型机械故障模拟系统并设计耦合故障状态下转子实验方案,进行实验台振动测试,对实验数据进行对比分析和处理。本文将柔性多体动力分析与数值计算联合仿真法应用于建立不平衡-碰摩-不对中故障耦合作用下柔性转子-滚动轴承系统动力学模型,进行迭代求解,分析对比系统在各种故障耦合作用下的振动特征图,对典型故障转子振动特征初步掌握;并通过航空发动机转子实验台进行故障状态振动测试,处理所测实验结果,对故障状态下实验台振动特征进行分析,验证该模型耦合各故障力方法的正确性,并且分析当量不对中量与转子系统振动的关系。

关键词：转子-滚动轴承系统柔性多体系统动力学控制模型联合仿真有限元分析不平衡-碰摩-不对中耦合故障转子故障实验模态实验

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水平盘旋转子参数对滚动轴承系统非线性振动影响

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东北大学学报（自然科学版） 2018年第9期39卷 1266-1271页

作者：孙赵宁李小彭李木岩闻邦椿东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819

以双盘转子-滚动轴承系统为模型,利用有限元法建立了动力学方程,并以数值方法为手段得到转子系统振动响应,分析了机动载荷、偏心对转子系统非线性振动及分岔特性的影响,为研究更加符合实际的复杂工况耦合故障的转子动力学系统提供理论指... 详细信息

以双盘转子-滚动轴承系统为模型,利用有限元法建立了动力学方程,并以数值方法为手段得到转子系统振动响应,分析了机动载荷、偏心对转子系统非线性振动及分岔特性的影响,为研究更加符合实际的复杂工况耦合故障的转子动力学系统提供理论指导.研究结果表明:在水平盘旋机动飞行下,在二倍临界转速附近系统产生丰富的非线性动力学现象;随着机动载荷的增加,主共振转速提高,并且在转速区间内系统的振动形式更多趋于稳定的单周期运动.水平盘旋下,转子系统不仅能发生1/2亚谐共振,在某些参数下还产生了一些低频振动.

关键词：水平盘旋机动载荷转子-滚动轴承系统非线性振动分岔

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多跨度裂纹转子-滚动轴承动力学特性分析

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机械传动 2018年第12期42卷 34-42页

作者：申倩谢伟松刘佳杭何振鹏天津大学数学学院天津300350 中国民航大学航空工程学院天津300300 中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室天津300300

在考虑由裂纹产生的附加刚度、滚动轴承非线性赫兹接触以及由滚动轴承支撑刚度变化而产生的VC(Varying compliance)振动的基础上,利用拉格朗日方程建立了滚动轴承支撑下含横向裂纹的双跨度转子模型,综合考虑离心、碰摩等故障,采用变步长... 详细信息

在考虑由裂纹产生的附加刚度、滚动轴承非线性赫兹接触以及由滚动轴承支撑刚度变化而产生的VC(Varying compliance)振动的基础上,利用拉格朗日方程建立了滚动轴承支撑下含横向裂纹的双跨度转子模型,综合考虑离心、碰摩等故障,采用变步长Runge-Kutta法对单一及耦合故障导致的系统非线性动力学行为进行数值仿真,结合分岔图、轴心轨迹图、Poincaré截面图和三维谱图等,分析了裂纹扩展、裂纹角和滚动轴承径向间隙对系统响应的影响。结果表明,单一故障时,在超临界转速区有较大范围的混沌运动出现;耦合故障时,在亚临界转速区受不平衡旋转与VC振动的组合影响进入拟周期运动,超过临界转速后开始分频,表现出强非线性特性;裂纹较浅时对系统响应的影响不明显,裂纹较深时在高转速区系统响应变化明显;裂纹角对混沌运动影响较大、对周期运动无本质影响;系统响应对滚动轴承间隙的变化具有敏感性。研究结果对控制和预测旋转机械故障有一定的指导意义。

关键词：转子-滚动轴承系统非线性响应龙格库塔法辛普森法裂纹碰摩

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电主轴转子-滚动轴承耦合故障动力学分析及实验研究

电主轴转子-滚动轴承耦合故障动力学分析及实验研究

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作者：赵纪宗沈阳建筑大学

学位级别：硕士

电主轴作为数控机床加工的核心部件之一,是先进制造技术的载体,其各项工作性能的好坏将直接影响着数控机床甚至整个制造业的发展。为保证电主轴在实际工况下正常运行和被加工产品加工质量,电主轴运行过程中所表现出来的动力学特性受到... 详细信息

电主轴作为数控机床加工的核心部件之一,是先进制造技术的载体,其各项工作性能的好坏将直接影响着数控机床甚至整个制造业的发展。为保证电主轴在实际工况下正常运行和被加工产品加工质量,电主轴运行过程中所表现出来的动力学特性受到广泛的关注。本文以电主轴转子-滚动轴承系统为研究对象,以电主轴动力学分析和主轴故障机理为研究理论基础,研究电主轴转子-滚动轴承系统不对中、不平衡和碰摩单一及耦合故障情况下的动力学特性为目标。首先,本文对电主轴的基本结构、电主轴系统原理及电主轴故障机理等内容进行介绍,分析易产生故障的部位、种类和形式。并介绍了 AIC9916FS设备故障模拟诊断分析系统,为建立仿真模型,实现主轴故障动力学分析打下基础。其次,使用有限元方法和Riccati传递矩阵法对电主轴系统进行动力学建模及振动响应分析,同时依据现有实验条件对电主轴在实际运行状态下的动力学振动信号进行采集,然后对数据进行处理,并和仿真结果进行比较,得到了电主轴系统在实际运行状态下的动力学特性,并验证了所建模型的正确性,同时为后续电主轴故障动力学行为分析打下基础。然后,根据以上所做的工作,研究电主轴转子-滚动轴承系统在不对中、不平衡及碰摩故障状态下的动力学特性。为了开展以上工作,分别建立了主轴在不对中、不平衡和碰摩单一及耦合故障情况下的动力学模型,得到电主轴转子-滚动轴承系统的耦合故障动力学特征。接着基于故障转子试验台,通过设置不对中量、不平衡量和碰摩间隙及不同转速来模拟单一及耦合故障状态下转子的实际运行情况,将仿真数据和实验数据进行对比分析和处理,得到了电主轴在单一及耦合故障下的动力学特性,验证了耦合故障仿真模型的正确性。最后,根据电主轴转子-滚动轴承产生故障的机理及在故障状态下显示出来的动力学特征,综合考虑电主轴转子-滚动轴承的制造、运行磨损和安装误差等不确定性因素,运用蒙特卡洛和响应面方法对电主轴进行了可靠性分析。

关键词：转子-滚动轴承系统主轴故障动力学分析有限元方法耦合故障转子故障实验台

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机动飞行下挤压油膜阻尼器对碰摩故障转子系统的影响

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西安交通大学学报 2015年第11期49卷 62-70,141页

作者：张俊红马梁鲁鑫王俊林杰威天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072 天津大学仁爱学院天津300000 英国南安普顿大学振动噪声学院

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... 详细信息

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。

关键词：转子-滚动轴承系统机动飞行碰摩故障挤压油膜阻尼器

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航空发动机整机动力学研究进展与展望

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航空学报 2011年第8期32卷 1371-1391页

作者：陈予恕张华彪哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

对近年来航空发动机整机动力学的研究现状、进展进行了综述,包括双转子系统固有特性计算、转子-滚动轴承系统动力学、转子叶片振动、发动机机匣动力学、机动飞行转子系统动力学、航空发动机转子碰摩动力学、航空发动机转子裂纹以及整机... 详细信息

对近年来航空发动机整机动力学的研究现状、进展进行了综述,包括双转子系统固有特性计算、转子-滚动轴承系统动力学、转子叶片振动、发动机机匣动力学、机动飞行转子系统动力学、航空发动机转子碰摩动力学、航空发动机转子裂纹以及整机动力学等。最后对航空发动机整机动力学今后工作研究的方向进行了展望。

关键词：航空发动机整机动力学双转子系统转子-滚动轴承系统转子叶片振动机匣机动飞行转子-机匣碰摩转子裂纹

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