發(fā)布時間：2017-06-15 13:08

  本文關(guān)鍵詞：非線性軸承—連續(xù)體轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：轉(zhuǎn)子動力學是對高速旋轉(zhuǎn)的機械的動力學特性進行研究分析的一門近代力學分支的學科,有著強大的工程應用背景。隨著生產(chǎn)和科學技術(shù)的發(fā)展,旋轉(zhuǎn)機械向高速、重載、輕型化和自動化方向發(fā)展,一些重大的旋轉(zhuǎn)機械在生產(chǎn)中的作用顯得十分突出,同時運轉(zhuǎn)中出現(xiàn)的故障也越來越引起人們的關(guān)注。在轉(zhuǎn)子動力學的研究中,計算和分析占有很重要的地位。無論是討論轉(zhuǎn)子的動力學特性,還是設計轉(zhuǎn)子系統(tǒng),解決旋轉(zhuǎn)機械的相關(guān)工程問題等,都離不開計算分析工作。本文的研究意義在于,驗證多種轉(zhuǎn)子模型的建模方法的準確性并進行理論分析,考慮多方面穩(wěn)定性影響因素并對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不同參數(shù)條件下的振動特征對比分析,為旋轉(zhuǎn)機械的設計優(yōu)化、提高可靠性和效率、減振延壽等方面提供理論基礎和技術(shù)支持。在已知的轉(zhuǎn)子-滑動軸承系統(tǒng)的故障中,油膜失穩(wěn)是較為常見的一種機械故障,其特點是具有易突發(fā)性和破壞性。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)若只在定轉(zhuǎn)頻的不平衡力作用下,將呈現(xiàn)顯著的周期性。發(fā)生油膜失穩(wěn)將在此基礎上產(chǎn)生較大的低頻諧波振動,破壞原始周期運動并產(chǎn)生非協(xié)調(diào)進動,使轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生較大的交變應力,造成轉(zhuǎn)子的劇烈振動,從而誘發(fā)其它故障,直接關(guān)系到機組的安全防治和可靠運行。因而研究非線性軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的失穩(wěn)規(guī)律及復雜的非線性動力學特性,對于改進及提高旋轉(zhuǎn)機械的運動穩(wěn)定性具有非常重要的意義。本文首先建立了基于簡支Timoshenko梁單元理論的連續(xù)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)解析模型的數(shù)學表達式,得到整體動力學方程；基于Timoshenko梁單元理論建立轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有限元模型,通過矩陣組集形成整體動力學方程；通過ANSYS軟件模擬仿真Timoshenko梁單元的轉(zhuǎn)子有限元模型。然后運用數(shù)值求解方法,分析了旋轉(zhuǎn)態(tài)下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固有特性,驗證解析模型的準確性并討論了陀螺效應對系統(tǒng)各階固有頻率的影響。其次,將轉(zhuǎn)子模型由兩端簡支換作兩端彈支。在無外激力條件下繪制坎貝爾圖；考慮轉(zhuǎn)盤質(zhì)量偏心引起的不平衡力,利用NewMark-β法求解系統(tǒng)響應,通過諧響應曲線與坎貝爾圖相互驗證準確性。對比分析不同轉(zhuǎn)盤偏置位置條件下,轉(zhuǎn)軸上不同節(jié)點的幅值特點；對比分析不同轉(zhuǎn)動慣量對系統(tǒng)進動特征和臨界轉(zhuǎn)速的影響,為后續(xù)模型改進提供理論依據(jù)。最后,本文用非線性油膜力代替兩端彈性支承,建立單盤轉(zhuǎn)子-滑動軸承解析模型。以單盤轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)為研究對象,主要研究方向為滑動軸承支承下的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在高速旋轉(zhuǎn)中容易出現(xiàn)的油膜失穩(wěn)等問題。通過軸心軌跡圖、時域響應圖、Poincare截面圖、三維頻譜圖和分岔圖,來分析不同工況下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的失穩(wěn)規(guī)律及其非線性特征。對比分析不同油膜厚度、偏心半徑和陀螺效應的大小對系統(tǒng)運動特征和非線性規(guī)律的影響。
【關(guān)鍵詞】：連續(xù)體 轉(zhuǎn)子系統(tǒng) 固有特性 非線性 油膜振蕩
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH113;TH133
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 緒論13-20
• 1.1 本文的研究背景及意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀14-19
• 1.2.1 轉(zhuǎn)子動力學模型的研究與發(fā)展現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的非線性油膜力16-17
• 1.2.3 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)油膜失穩(wěn)的研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3 本文主要的研究內(nèi)容19-20
• 第2章 轉(zhuǎn)子動力學特性分析的基本理論20-30
• 2.1 概述20-21
• 2.2 動力學特性分析的基本理論21-27
• 2.2.1 連續(xù)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的離散化方法21-22
• 2.2.2 陀螺力矩及陀螺效應22-25
• 2.2.3 振動問題的拉格朗日法25-27
• 2.3 本文應用的數(shù)值解法27-29
• 2.3.1 數(shù)值解法的特點27-28
• 2.3.2 NewMark-β法28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第3章 基于簡支梁的轉(zhuǎn)子動力學分析30-49
• 3.1 基于連續(xù)型解析模型的動頻率分析30-41
• 3.1.1 基于簡支梁理論解析模型的建立30-35
• 3.1.2 簡支梁彎曲振動的模態(tài)函數(shù)35-36
• 3.1.3 能量方程的離散求解36-41
• 3.2 基于有限元模型的動頻率分析41-46
• 3.2.1 基于簡支梁理論的有限元模型的建立41-43
• 3.2.2 簡支梁彎曲振動的單元矩陣推導43-45
• 3.2.3 簡支梁彎曲振動的固有頻率求解45-46
• 3.3 基于簡支梁的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動頻數(shù)值算例46-47
• 3.3.1 三種建模方式模型的靜動頻率計算結(jié)果46-47
• 3.4 本章小結(jié)47-49
• 第4章 彈性支承連續(xù)梁的動頻率分析49-62
• 4.1 彈性支撐梁的解析模型的動頻率分析49-54
• 4.1.1 彈性支撐梁的解析模型建立49
• 4.1.2 自由梁彎曲振動的模態(tài)函數(shù)49-50
• 4.1.3 運動方程的離散求解50-54
• 4.2 線性激振力下的響應特性分析54-56
• 4.3 不同的轉(zhuǎn)盤位置對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響56-57
• 4.4 不同轉(zhuǎn)動慣量對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速的影響57-60
• 4.5 本章小結(jié)60-62
• 第5章 轉(zhuǎn)子-滑動軸承系統(tǒng)的非線性動力學特性研究62-81
• 5.1 概述62
• 5.2 轉(zhuǎn)子-滑動軸承系統(tǒng)的動力學模型62-67
• 5.2.1 非線性油膜力的解析模型62-65
• 5.2.2 非線性油膜力系統(tǒng)的動力學模型65-67
• 5.3 數(shù)值算例67-79
• 5.3.1 油膜失穩(wěn)的動力學特性67-73
• 5.3.2 不同油膜厚度下系統(tǒng)的動力學特性73-75
• 5.3.3 不同偏心量下系統(tǒng)的動力學特性75-76
• 5.3.4 陀螺效應對系統(tǒng)動力學特性的影響76-79
• 5.4 本章小結(jié)79-81
• 第6章 結(jié)論與展望81-84
• 6.1 主要結(jié)論81-82
• 6.2 研究展望82-84
• 參考文獻84-90
• 附錄90-92
• 致謝92

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本文編號：452514