轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩的若干非線性動力學問題研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)機械是含有回轉(zhuǎn)運動部件的機械設備，主要包括汽輪機、離心壓縮機、通風機、機床及含有旋轉(zhuǎn)部件的諸多機械設備等。隨著科學技術(shù)的進步和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，旋轉(zhuǎn)機械在電力、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，對旋轉(zhuǎn)機械動力特性的研究也逐漸得到了人們的重視。旋轉(zhuǎn)機械系統(tǒng)由于非線性油膜力、碰摩、裂紋和松動等因素的作用，在振動劇烈時會發(fā)生機毀人亡的重大事故。因此，大型旋轉(zhuǎn)機械設備運行的穩(wěn)定和安全可靠就成為生產(chǎn)中的首要問題，其在整個工業(yè)

2、生產(chǎn)和國民經(jīng)濟中的重要性也日益突出。由于大型旋轉(zhuǎn)機械的動力學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)機械故障的動力學問題就成為轉(zhuǎn)子動力學中的重大課題。因此，應用現(xiàn)代非線性理論和轉(zhuǎn)子動力學理論研究故障轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動力學行為對揭示該類轉(zhuǎn)子的故障機理以及預防這些故障的發(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

3、力學行為對轉(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)機械的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為主要研究對象，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)子動力學問題的研究方法、轉(zhuǎn)子碰摩問題及其分叉混沌運動的研究概況。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)子碰摩及非對稱轉(zhuǎn)子碰摩故障的非線性動力學特性及其引發(fā)的分叉行為與混沌運動。本文的主要工作有以下幾個方面： (1)應用Poincare映射方法對理想轉(zhuǎn)子的單點碰摩

4、運動進行了分析，通過嚴格的理論推導，得到了理想轉(zhuǎn)子單點剛性碰摩的周期運動存在的條件，給出了判斷理想轉(zhuǎn)子周期性碰摩運動穩(wěn)定性的特征方程，并應用數(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，給出了幅頻響應曲線，分析了主共振非線性振動曲線所特有的現(xiàn)象。該系統(tǒng)的參數(shù)變化對穩(wěn)態(tài)響應的性態(tài)影響很大，在參數(shù)值連續(xù)緩慢變化時，一般會導致響應幅值的連續(xù)變化，但在

5、特定的參數(shù)下幅頻響應會發(fā)生拐彎、跳躍和滯后等現(xiàn)象。并分析主共振時系統(tǒng)參數(shù)對定常解穩(wěn)定性的影響，還用奇異性理論分析系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)主共振分岔拓撲結(jié)構(gòu)的影響。 (3)用數(shù)值方法對非線性剛度轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的碰摩問題進行了研究。建立了非線性剛度轉(zhuǎn)子-機匣系統(tǒng)的碰摩模型，應用數(shù)值分析的方法對其進行了研究，得到在不同系統(tǒng)參數(shù)下，系統(tǒng)響應隨轉(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，作出在相應參數(shù)狀態(tài)-Ⅱ-和特定轉(zhuǎn)速下的Poincare截面圖。 (4)對受非穩(wěn)態(tài)油膜力作用的非線性剛度轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的碰摩運動特性進行了研究。分析該轉(zhuǎn)子系統(tǒng)隨轉(zhuǎn)速變化的分岔、混沌運動特性，以及系統(tǒng)參數(shù)的變化對此類系統(tǒng)的動力學特性的影響，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)生碰摩時的運動特性和規(guī)律。 (5)對受非穩(wěn)態(tài)油膜力作用的非對稱轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的碰摩運動特性進行研究。分析了非對稱轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化的分岔、混