转子系统碰摩的非线性行为研究

论文摘要

旋转机械是工业部门中应用最为广泛的一类机械设备。随着转子的工作转速和效率的提高,转子系统的动静件碰摩是旋转机械中常见的故障,也是引起机械系统失效的主要原因之一。带有碰摩故障的转子系统是分段线性刚度的非线性振动系统。因此,应用现代非线性理论和转子动力学理论研究具有微小间隙的转子动力学行为,对转子故障的早期诊断以及预防这些故障的发生有着十分重要的意义。本文工作主要有以下几方面:（1）建立了刚性支撑的Jeffcott转子碰摩动力学模型,应用非线性动力学的分析方法,分析了碰摩转子在不同参数下的非线性响应。应用Matlab7.0软件,采用标准的四阶Runge-Kutta法对转子碰摩动力学特征进行数值仿真。通过改变转速、偏心量、动静间间隙、定子刚度和阻尼系数等参数来分析这些参数连续变化时对碰摩转子系统分岔图的影响。同时利用波形图、轴心轨迹图、相图、幅值谱图和庞加莱映射图等工具分析了系统在碰摩发生后的非线性响应。（2）在考虑轴承非线性油膜力和非线性碰摩力耦合的基础上,建立了转子-轴承系统的动力学模型。通过数值仿真的方法,对转子系统碰摩故障在运行过程中的非线性行为进行了研究,分析了转速和偏心量等参数对转子分叉混沌的影响,得到了该转子系统在不同参数下的非线性响应的波形图、相图、轴心轨迹图、庞加莱映射图等,发现该系统存在复杂的非线性混沌行为。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究的目的和意义
• 1.2 转子动力学研究历史与现状
• 1.3 碰摩转子系统的研究概况
• 1.4 本课题的研究内容
• 第二章 非线性动力学与混沌
• 2.1 非线性系统和非线性动力学
• 2.2 混沌
• 2.2.1 混沌的发展史
• 2.2.2 混沌运动的特征
• 2.2.3 通向混沌之路
• 2.3 混沌研究的判据与准则
• 2.3.1 庞加莱界面法
• 2.3.2 功率谱分析
• 2.3.3 Lyapunov 指数
• 2.3.4 分岔图
• 2.3.5 相图
• 2.3.6 轴心轨迹图
• 2.4 转子系统中的非线性力
• 2.4.1 非线性油膜力对转子系统的影响
• 2.4.2 非线性碰摩力对转子系统的影响
• 2.5 转子-轴承系统稳定性分析
• 2.5.1 周期解的数值解法-打靶法
• 2.5.2 周期运动稳定性
• 2.5.3 Floquet 理论
• 第三章 转子系统碰摩的非线性动力学分析
• 3.1 弹性转子系统动力学模型
• 3.1.1 碰摩力
• 3.1.2 动力学模型
• 3.2 转子动静碰摩非线性特征的数值仿真研究
• 3.2.1 转子转速对系统的影响
• 3.2.2 转子偏心量对转子系统的影响
• 3.2.3 转子与定子间间隙对碰摩的影响
• 3.2.4 定子刚度对转子系统的影响
• 3.2.5 阻尼对转子系统的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 轴承-转子系统碰摩的非线性动力学分析
• 4.1 油膜力作用下的碰摩转子系统的力学模型
• 4.2 线性碰摩力的表达式
• 4.3 轴承油膜力的确定
• 4.3.1 油膜力的线性化模型
• 4.3.2 稳态短轴承油膜力模型
• 4.3.3 长轴承假设的油膜力
• 4.3.4 修正短圆瓦轴承油膜力模型
• 4.4 碰摩转子系统的运动微分方程
• 4.5 碰摩转子系统动力学行为
• 4.5.1 转子转速对转子系统的影响
• 4.5.2 转子偏心量对转子系统的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文的研究结论
• 5.2 下一步研究工作展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及研究成果
• 致谢
• 附录