碰摩故障轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學特性研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)機械通常是指含有回轉(zhuǎn)運動部件的機械設(shè)備，是工業(yè)部門中應(yīng)用最為廣泛的一類機械設(shè)備。轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)作為旋轉(zhuǎn)機械的核心部件，在國防、能源、電力、交通和化工等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用并發(fā)揮著無可替代的作用。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動過大是引起故障的主要原因。其振動主要包括轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)振動、彎曲振動、圓盤振動、軸承振動、管接振動等。由于旋轉(zhuǎn)機械應(yīng)用在不同領(lǐng)域，所處的工作環(huán)境也各不相同，所以誘發(fā)轉(zhuǎn)子發(fā)生故障的原因也多種多樣。最常見的故障有碰摩，不對中，裂紋，油膜震蕩

2、，松動等。除了單一故障外，還出現(xiàn)各種類型的耦合故障，其振動特性更加復(fù)雜。
　　本文主要研究轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩故障的振動特性。運用轉(zhuǎn)子動力學理論，建立了系統(tǒng)的集中質(zhì)量模型。用數(shù)值和實驗方法研究了簡單轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在不同碰摩模型下的動力學特性，并且對不對中-碰摩耦合故障進行了分析研究。本文的工作主要包括以下幾個方面:
　　(1)介紹了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動靜件碰摩的基本理論和數(shù)值算法，建立了單點碰摩模型?；诜蔷€性理論和數(shù)值解法研究了單點碰摩情況下轉(zhuǎn)子

3、系統(tǒng)的動力學特性，考察了間隙、碰摩剛度、轉(zhuǎn)速、摩擦系數(shù)、不平衡量等碰摩參數(shù)變化對單點碰摩的影響，發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)周期運動的規(guī)律，并與實驗數(shù)據(jù)進行比較驗證;
　　(2)建立了局部碰摩系統(tǒng)動力學模型，對不同碰摩參數(shù)對局部碰摩動力學特性的影響做了研究分析，并與單點碰摩模型進行了對比，發(fā)現(xiàn)局部碰摩也同樣具有周期運動規(guī)律，但運動形式表現(xiàn)的更加復(fù)雜，非線性特性也更加突出;
　　(3)基于Hertz接觸理論，建立了Hertz接觸碰摩動力學模型，

4、并在此基礎(chǔ)上，分別對單點碰摩和局部碰摩進行仿真，與分段線性剛度模型比較發(fā)現(xiàn)，Hertz接觸碰摩力模型用材料屬性來表達定轉(zhuǎn)子間的接觸，更加接近實際情況，但Hertz接觸模型在使用上有較大的限制性;
　　(4)建立了單跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不對中動力學模型，并對不同影響參數(shù)下具有不對中故障的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動響應(yīng)進行了仿真分析，發(fā)現(xiàn)具有不對中故障的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動頻譜中會出現(xiàn)工頻和多倍頻成分，多倍頻以二倍頻為主，不對中越嚴重，二倍頻所占比例越大;在不對

5、中故障狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子的軸心軌跡呈現(xiàn)“香蕉”形或“水滴”形;
　　(5)建立了單跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不對中-碰摩耦合動力學模型，對系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速、不同碰摩剛度以及不同不對中程度下的振動特性做了全局性分析，并與只有碰摩故障和不對中故障時的動力學特性做以比較，發(fā)現(xiàn)耦合故障并不是單一故障單純的疊加，除了具有碰摩和不對中故障特性外，還有一些耦合故障所獨有的特性;
　　(6)建立了單跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)松動-碰摩耦合動力學模型，對系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速、不同碰摩剛度