轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,往往會(huì)受到包括不平衡磁拉力和非線性油膜力在內(nèi)等多種非線性力的作用,這些非線性力之間相互耦合,嚴(yán)重影響著系統(tǒng)的振動(dòng)特性。在轉(zhuǎn)子的制造過(guò)程中,由于誤差的存在,系統(tǒng)往往存在質(zhì)量偏心(動(dòng)態(tài)偏心),彎曲振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)作為系統(tǒng)的兩種基本振動(dòng)形式在轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心存在的前提下會(huì)發(fā)生相互耦合的作用,使得轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)表現(xiàn)出復(fù)雜的非線性動(dòng)態(tài)響應(yīng)。尤其是在同時(shí)考慮系統(tǒng)靜偏心(靜態(tài)偏心)的情況下,即在氣隙混合偏心狀態(tài)下,轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)行為會(huì)變的更加復(fù)雜。為了分析動(dòng)態(tài)偏心和混合偏心時(shí),轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)在不平衡磁拉力作用下的彎曲振動(dòng)特性和彎扭耦合振動(dòng)特性,本文建立了轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)分別在動(dòng)態(tài)偏心和混合偏心下的動(dòng)力學(xué)模型及運(yùn)動(dòng)微分方程。選取高階Runge-Kutta法求解系統(tǒng)微分方程,得到不同變量下的轉(zhuǎn)子分岔圖、頻譜瀑布圖、Poincare圖和頻譜圖等。綜合運(yùn)用上述轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特性圖分析了動(dòng)態(tài)偏心和混合偏心時(shí)轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的彎曲振動(dòng)特性和彎扭耦合振動(dòng)特性。本文主要的研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:(1)利用質(zhì)量偏心和靜偏心與不平衡磁拉力和電磁轉(zhuǎn)矩之間存在的非線性關(guān)系,本文通過(guò)能量法詳細(xì)推到了系統(tǒng)分別在氣隙動(dòng)態(tài)偏心和氣隙混合偏心兩種偏心狀態(tài)下不平衡磁拉力與電磁轉(zhuǎn)矩的非線性解析表達(dá)式,同時(shí)建立了系統(tǒng)在以上兩種不平衡磁拉力模型作用下的動(dòng)力學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)微分方程。(2)研究了系統(tǒng)在氣隙動(dòng)態(tài)偏心下的彎曲振動(dòng)特性和彎扭耦合振動(dòng)特性,分析了系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、質(zhì)量偏心和電磁剛度對(duì)系統(tǒng)非線性振動(dòng)特性的影響。分析結(jié)果表明:不考慮彎扭耦合運(yùn)動(dòng)時(shí)，電磁剛度的存在有利于系統(tǒng)在中低轉(zhuǎn)速區(qū)域的穩(wěn)定運(yùn)行。在質(zhì)量偏心的變化過(guò)程中,系統(tǒng)響應(yīng)表現(xiàn)出倍周期運(yùn)動(dòng)與擬周期運(yùn)動(dòng)相間出現(xiàn)的規(guī)律,且隨著質(zhì)量偏心的增大,彎振幅值逐漸增大;考慮彎扭耦合運(yùn)動(dòng)后,系統(tǒng)出現(xiàn)了混沌運(yùn)動(dòng),且主要出現(xiàn)在高轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)。(3)針對(duì)系統(tǒng)同時(shí)存在質(zhì)量偏心和靜偏心的情況,分析了系統(tǒng)在氣隙混合偏心下的彎曲振動(dòng)特性和彎扭耦合振動(dòng)特性,分析了系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、質(zhì)量偏心、靜偏心距、靜偏心角和電磁剛度對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)特性的影響。研究結(jié)果表明:靜偏心大小與轉(zhuǎn)子重力的夾角對(duì)系統(tǒng)的非線性振動(dòng)特性存在一定的影響,當(dāng)靜偏心角與轉(zhuǎn)子重力方向一致時(shí),加劇轉(zhuǎn)子振動(dòng),系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行受到威脅,而隨著靜偏心與轉(zhuǎn)子重力夾角的逐漸增大,這種加強(qiáng)作用被逐漸削弱,系統(tǒng)逐漸趨于穩(wěn)定運(yùn)行。(4)針對(duì)系統(tǒng)發(fā)生彎扭耦合運(yùn)動(dòng)的情況,分析了電磁剛度對(duì)系統(tǒng)非線性振動(dòng)特性的影響,結(jié)果表明:彎曲電磁剛度對(duì)彎振幅值的影響較大,對(duì)扭振幅值幾乎沒(méi)有影響,而扭轉(zhuǎn)電磁剛度對(duì)彎振幅值幾乎沒(méi)有影響,但對(duì)扭振幅值影響較大即使其幅值明顯增加。而當(dāng)兩種電磁剛度同時(shí)存在時(shí),彎扭耦合會(huì)變得更加強(qiáng)烈。綜上所述,本文對(duì)轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)在不平衡磁拉力作用下的非線性振動(dòng)特性進(jìn)行了分析,其研究結(jié)論可為旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸系的故障機(jī)理以及振動(dòng)控制提供了一定的理論依據(jù),并為其優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一種新的參考。
【學(xué)位單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH113.1
【部分圖文】：

（a） （b）圖 4-1 e=0.0125 mm 時(shí)（a）考慮電磁剛度（b）不考慮電磁剛度的轉(zhuǎn)子分岔圖Fig. 4-1 Bifurcation diagram of roto（ra）with electromagnetic stiffnes（sb）without electromagnetic stiffneat e=0.0125 mm（a） （b）圖 4-2 e=0.025 mm 時(shí)（a）考慮電磁剛度（b）不考慮電磁剛度的轉(zhuǎn)子分岔圖

ω=1120 rad/s，系統(tǒng)發(fā)生擬周期運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速范圍明顯增大。（a） （b）圖 4-1 e=0.0125 mm 時(shí)（a）考慮電磁剛度（b）不考慮電磁剛度的轉(zhuǎn)子分岔圖Fig. 4-1 Bifurcation diagram of roto（ra）with electromagnetic stiffnes（sb）without electromagnetic stiffneat e=0.0125 mm

第四章 動(dòng)態(tài)偏心轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)振動(dòng)特性分析后系統(tǒng)由周期 2 運(yùn)動(dòng)分岔為周期 4 運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)在圖 4-4 上為時(shí)域圖中出現(xiàn)了兩次“拍振”現(xiàn)象，軸心軌跡圖由兩個(gè)橢圓變?yōu)樗膫�(gè)橢圓，Poincaré圖上的吸引子由 2 個(gè)增加到 4 個(gè)，頻譜圖中出現(xiàn)了 1/4fr、1/2fr、3/4fr和 fr四種頻譜成分，1/2fr倍頻幅值大于其他頻譜幅值。隨著轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步提高，系統(tǒng)在 ω=1170 rad/s 時(shí)過(guò)渡到擬周期運(yùn)動(dòng)，此時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)表現(xiàn)在圖4-6 上為時(shí)域圖變?yōu)椴ㄐ�，軸心軌跡圖由橢圓變?yōu)閳A環(huán)，軌跡半徑較周期 4 運(yùn)動(dòng)與周期運(yùn)動(dòng)明顯增大，Poincaré圖上的吸引子由 4 個(gè)孤立的點(diǎn)變?yōu)橐粭l封閉的曲線，頻譜圖中的1/4fr、1/2fr和 3/4fr消失，出現(xiàn)了 0.3~0.4 倍的低頻成分，低頻幅值增大明顯遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)頻幅值占主導(dǎo)地位。

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