發(fā)布時(shí)間：2018-12-14 08:12

【摘要】：船舶軸系、深井泵軸系、航空發(fā)動(dòng)機(jī)及各種電動(dòng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械被廣泛地用于諸多工業(yè)生產(chǎn)部門中,旋轉(zhuǎn)機(jī)械的異常振動(dòng)嚴(yán)重威脅著機(jī)械系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn),甚至可能引起重大災(zāi)難性事故。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的性能要求越來越高,一些機(jī)械設(shè)備由于非線性特性和摩擦力等因素引起的故障逐漸引起人們的關(guān)注。目前,轉(zhuǎn)子-橡膠軸承系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中常常會(huì)發(fā)生異常振動(dòng)和噪聲,這不僅會(huì)影響系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性,而且振動(dòng)噪聲還可能通過基座傳遞給船體并向外發(fā)聲,嚴(yán)重影響水下航行器的安全性、隱蔽性及生存能力。因此,本課題深入地研究轉(zhuǎn)子與橡膠軸承之間碰摩引起的復(fù)雜非線性動(dòng)力學(xué)行為,確定系統(tǒng)中各種響應(yīng)特性與系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系,并探求系統(tǒng)產(chǎn)生豐富響應(yīng)的原因,對(duì)提高轉(zhuǎn)子-橡膠軸承系統(tǒng)的工作效率、穩(wěn)定性和可靠性具有重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值。主要研究工作有以下幾個(gè)方面:(1)從工程應(yīng)用的角度出發(fā),闡述了論文的選題背景和研究意義。分析了橡膠軸承應(yīng)用研究、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)彎扭耦合振動(dòng)特性研究等方面的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì),總結(jié)了目前研究中有待解決的問題,并確立了本文的主要研究內(nèi)容。(2)以橡膠軸承支撐的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為研究對(duì)象,將橡膠軸承簡(jiǎn)化為非線性彈性支撐,基于現(xiàn)代非線性動(dòng)力學(xué)和分岔理論進(jìn)行分析和研究,并確定周期無碰摩響應(yīng)、同頻全周碰摩響應(yīng)及其穩(wěn)定邊界。分析摩擦系數(shù)、阻尼比、非線性剛度系數(shù)、剛度系數(shù)和偏心率等系統(tǒng)參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響,得出在各系統(tǒng)參數(shù)空間上不同響應(yīng)區(qū)域的范圍,指出在一些參數(shù)范圍內(nèi)系統(tǒng)會(huì)發(fā)生跳躍現(xiàn)象。(3)考慮到橡膠軸承支撐的非線性和摩擦力的速度依賴性等相關(guān)因素,建立了在Stribeck摩擦力作用下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程。通過數(shù)值仿真,研究了系統(tǒng)參數(shù)如:旋轉(zhuǎn)速度、衰減系數(shù)、非線性剛度系數(shù)、剛度系數(shù)和偏心率等對(duì)系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)特性的影響,發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)具有豐富地動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象,如:周期運(yùn)動(dòng)、倍周期運(yùn)動(dòng)、準(zhǔn)周期運(yùn)動(dòng)、分岔以及跳躍等現(xiàn)象。隨著旋轉(zhuǎn)速度的變化,在較低轉(zhuǎn)速區(qū)和超高轉(zhuǎn)速區(qū)內(nèi),系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生碰摩現(xiàn)象,系統(tǒng)做無碰摩周期運(yùn)動(dòng)且運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)。而在較高轉(zhuǎn)速區(qū)上,系統(tǒng)將會(huì)發(fā)生碰摩運(yùn)動(dòng)且振動(dòng)較為劇烈。在一定系統(tǒng)參數(shù)條件下,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)可能發(fā)生Hopf分岔,呈現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)行為。在不同的系統(tǒng)參數(shù)條件下,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)響應(yīng)隨旋轉(zhuǎn)速度的增大或減小的演化過程時(shí)常并不一樣,且會(huì)出現(xiàn)跳躍的現(xiàn)象,即響應(yīng)的幅值會(huì)發(fā)生突變。當(dāng)碰摩發(fā)生時(shí),隨著旋轉(zhuǎn)速度、衰減系數(shù)、剛度系數(shù)、非線性剛度系數(shù)、偏心率的變化,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的響應(yīng)在周期運(yùn)動(dòng)、倍周期運(yùn)動(dòng)和準(zhǔn)周期運(yùn)動(dòng)之間進(jìn)行交替變化。(4)應(yīng)用Lagrange方程建立了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)彎扭耦合非線性動(dòng)力學(xué)方程,且考慮了系統(tǒng)的不平衡、摩擦力的速度依賴性以及橡膠軸承支撐非線性等因素,應(yīng)用數(shù)值分析方法求解出系統(tǒng)的數(shù)值解。通過對(duì)結(jié)果中的分岔圖、三維譜圖、時(shí)域曲線圖、相圖和Poincaré截面圖進(jìn)行分析,得出在摩擦力作用下系統(tǒng)中蘊(yùn)含的各種豐富復(fù)雜的非線性動(dòng)力學(xué)行為,并分析轉(zhuǎn)子系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的影響規(guī)律。(5)根據(jù)轉(zhuǎn)子-橡膠軸承系統(tǒng)的物理模型,采用Lagrange方程推導(dǎo)出不平衡力激勵(lì)下轉(zhuǎn)子-橡膠軸承系統(tǒng)彎扭耦合動(dòng)力學(xué)微分方程組,應(yīng)用數(shù)值方法分析了在摩擦力作用下轉(zhuǎn)子-橡膠軸承系統(tǒng)的彎扭耦合非線性動(dòng)力學(xué)特性。最終通過對(duì)三維譜圖、時(shí)域曲線圖、幅頻圖、軸心軌跡和相圖的分析,得到了摩擦力作用下轉(zhuǎn)子-橡膠軸承系統(tǒng)中蘊(yùn)含的各種復(fù)雜非線性動(dòng)力學(xué)行為,并分析轉(zhuǎn)子-橡膠軸承系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的影響規(guī)律。(6)對(duì)轉(zhuǎn)子-橡膠軸承系統(tǒng)彎扭耦合非線性振動(dòng)進(jìn)行試驗(yàn)研究。分析系統(tǒng)由于摩擦力的速度依賴性引起轉(zhuǎn)子-橡膠軸承系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)方向發(fā)生自激振動(dòng)現(xiàn)象,激起與橡膠軸承扭轉(zhuǎn)固有頻率一致的頻率成分,通過彎扭耦合作用也激起彎曲方向相應(yīng)頻率成分。揭示了低轉(zhuǎn)速下系統(tǒng)異常自激振動(dòng)現(xiàn)象以及徑向外載荷對(duì)系統(tǒng)形成自激振動(dòng)的影響,驗(yàn)證理論分析結(jié)果。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TH113

【參考文獻(xiàn)】

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2 吳新國;解曉花;劉承剛;;低摩擦丁腈橡膠復(fù)合材料配合及摩擦性能研究[J];特種橡膠制品;2011年01期

3 田宇忠;劉正林;金勇;彭恩高;;水潤滑橡膠尾軸承鳴音試驗(yàn)研究[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào);2011年01期

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3 沈小要;超超臨界汽輪機(jī)組轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)特性及若干故障轉(zhuǎn)子非線性特性的研究[D];上海交通大學(xué);2007年

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本文編號(hào)：2378264