轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩的若干非線性動(dòng)力學(xué)問題研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)機(jī)械是含有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件的機(jī)械設(shè)備，主要包括汽輪機(jī)、離心壓縮機(jī)、通風(fēng)機(jī)、機(jī)床及含有旋轉(zhuǎn)部件的諸多機(jī)械設(shè)備等。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，旋轉(zhuǎn)機(jī)械在電力、能源、交通、國防和化工等領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用，對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)力特性的研究也逐漸得到了人們的重視。旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)由于非線性油膜力、碰摩、裂紋和松動(dòng)等因素的作用，在振動(dòng)劇烈時(shí)會(huì)發(fā)生機(jī)毀人亡的重大事故。因此，大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定和安全可靠就成為生產(chǎn)中的首要問題，其在整個(gè)工業(yè)

2、生產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)中的重要性也日益突出。由于大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的動(dòng)力學(xué)問題大都具有非線性的特征，因而用非線性理論研究大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的動(dòng)力學(xué)問題就成為轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)中的重大課題。因此，應(yīng)用現(xiàn)代非線性理論和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)理論研究故障轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)行為對(duì)揭示該類轉(zhuǎn)子的故障機(jī)理以及預(yù)防這些故障的發(fā)展有著十分重要的意義。 隨著轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速和效率的提高以及轉(zhuǎn)子和定子之間間隙的減小，在工程中出現(xiàn)的碰摩故障越來越引人注目。因此，研究具有微小間隙的轉(zhuǎn)子動(dòng)

3、力學(xué)行為對(duì)轉(zhuǎn)子故障的早期診斷有著十分必要和重要的意義。本文以旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為主要研究對(duì)象，首先闡明了該課題研究的目的與意義；系統(tǒng)闡述了非線性轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題的研究方法、轉(zhuǎn)子碰摩問題及其分叉混沌運(yùn)動(dòng)的研究概況。在此基礎(chǔ)上，較系統(tǒng)、深入地研究了理想轉(zhuǎn)子碰摩、含非線性剛度的轉(zhuǎn)子碰摩及非對(duì)稱轉(zhuǎn)子碰摩故障的非線性動(dòng)力學(xué)特性及其引發(fā)的分叉行為與混沌運(yùn)動(dòng)。本文的主要工作有以下幾個(gè)方面： (1)應(yīng)用Poincare映射方法對(duì)理想轉(zhuǎn)子的單點(diǎn)碰摩

4、運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了分析，通過嚴(yán)格的理論推導(dǎo)，得到了理想轉(zhuǎn)子單點(diǎn)剛性碰摩的周期運(yùn)動(dòng)存在的條件，給出了判斷理想轉(zhuǎn)子周期性碰摩運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的特征方程，并應(yīng)用數(shù)值方法得出了理論結(jié)果。 (2)用平均法求解了一類含非線性剛度轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非共振及主共振問題，分析了具有非線性剛度的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主共振特性，給出了幅頻響應(yīng)曲線，分析了主共振非線性振動(dòng)曲線所特有的現(xiàn)象。該系統(tǒng)的參數(shù)變化對(duì)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的性態(tài)影響很大，在參數(shù)值連續(xù)緩慢變化時(shí)，一般會(huì)導(dǎo)致響應(yīng)幅值的連續(xù)變化，但在

5、特定的參數(shù)下幅頻響應(yīng)會(huì)發(fā)生拐彎、跳躍和滯后等現(xiàn)象。并分析主共振時(shí)系統(tǒng)參數(shù)對(duì)定常解穩(wěn)定性的影響，還用奇異性理論分析系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)主共振分岔拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的影響。 (3)用數(shù)值方法對(duì)非線性剛度轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的碰摩問題進(jìn)行了研究。建立了非線性剛度轉(zhuǎn)子-機(jī)匣系統(tǒng)的碰摩模型，應(yīng)用數(shù)值分析的方法對(duì)其進(jìn)行了研究，得到在不同系統(tǒng)參數(shù)下，系統(tǒng)響應(yīng)隨轉(zhuǎn)速變化的分岔圖，分析了系統(tǒng)參數(shù)偏心量、輪盤的等效外阻尼、碰摩剛度等參數(shù)對(duì)此類碰摩轉(zhuǎn)子系統(tǒng)關(guān)于轉(zhuǎn)速ω的分岔過程的

6、影響，作出在相應(yīng)參數(shù)狀態(tài)-Ⅱ-和特定轉(zhuǎn)速下的Poincare截面圖。 (4)對(duì)受非穩(wěn)態(tài)油膜力作用的非線性剛度轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的碰摩運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了研究。分析該轉(zhuǎn)子系統(tǒng)隨轉(zhuǎn)速變化的分岔、混沌運(yùn)動(dòng)特性，以及系統(tǒng)參數(shù)的變化對(duì)此類系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性的影響，得到了非穩(wěn)態(tài)油膜力作用的非線性剛度轉(zhuǎn)子系統(tǒng)發(fā)生碰摩時(shí)的運(yùn)動(dòng)特性和規(guī)律。 (5)對(duì)受非穩(wěn)態(tài)油膜力作用的非對(duì)稱轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的碰摩運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行研究。分析了非對(duì)稱轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化的分岔、混