氣體軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性振動(dòng)及參數(shù)合理匹配研究.pdf

1、氣體軸承具有運(yùn)轉(zhuǎn)速度高、摩擦損耗低、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，因此有著十分廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景，但在氣體軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中存在著較多的不定因素，如氣膜力、離心力、碰摩力、裂紋力等，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生較復(fù)雜的非線性動(dòng)力學(xué)行為而出現(xiàn)故障。因此，研究氣體軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為，確定系統(tǒng)參數(shù)合理匹配，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、平穩(wěn)安全運(yùn)行、故障預(yù)判及診斷是極為重要的。
　　本文主要研究了氣體軸承支撐的單盤、雙盤轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為。在綜合考慮氣膜力、碰摩力、裂紋力等

2、因素的條件下，本文分別建立了氣體軸承支撐的單盤、雙盤轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。結(jié)合轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)和牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律，列出了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程并對(duì)其進(jìn)行無(wú)量綱化處理，運(yùn)用C語(yǔ)言編程，通過(guò)四階龍格庫(kù)塔法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)分岔圖、幅頻特性曲線、軸心軌跡圖及龐加萊截面映射圖等分析，研究了系統(tǒng)在基準(zhǔn)參數(shù)下的動(dòng)力學(xué)行為以及主要參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的影響，討論了系統(tǒng)出現(xiàn)的倍化分岔、霍普分岔、陣發(fā)性運(yùn)動(dòng)、跳躍現(xiàn)象以及混沌等復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)行為，確定了系統(tǒng)

3、在特定參數(shù)下周期運(yùn)動(dòng)、概周期運(yùn)動(dòng)、陣發(fā)性運(yùn)動(dòng)以及混沌運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速區(qū)間，并確定了系統(tǒng)發(fā)生穩(wěn)定周期運(yùn)動(dòng)的主要參數(shù)取值范圍。
　　研究結(jié)果表明，在單盤轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子質(zhì)量和碰摩剛度的變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)行為影響較小，而轉(zhuǎn)子偏心量、轉(zhuǎn)子與定子的碰摩間隙以及轉(zhuǎn)軸的裂紋對(duì)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的參數(shù)敏感性。通過(guò)對(duì)比分析雙盤轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)模型表明，雙盤的偏心量以及其質(zhì)量對(duì)系統(tǒng)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)偏心量對(duì)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的影響，在較小偏心量下具有穩(wěn)定的周期運(yùn)動(dòng)，當(dāng)

4、偏心量較大時(shí)系統(tǒng)混沌區(qū)域增大發(fā)生嚴(yán)重失穩(wěn)；而雙盤的質(zhì)量變化導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生了較多復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)變化，隨著其質(zhì)量系數(shù)的增大而使出現(xiàn)周期運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速區(qū)間增多。分析間隙系數(shù)、剛度系數(shù)以及裂紋影響因數(shù)等系統(tǒng)參數(shù)變化對(duì)雙盤轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子的碰摩間隙和碰摩剛度對(duì)雙盤轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有較強(qiáng)的參數(shù)敏感性；對(duì)于轉(zhuǎn)軸裂紋，較小的裂紋影響因數(shù)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)產(chǎn)生的影響不大，而在較大裂紋時(shí)系統(tǒng)跳躍現(xiàn)象頻繁發(fā)生，高頻區(qū)域的混沌運(yùn)動(dòng)區(qū)間增大，使系統(tǒng)處于極度不穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)