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

1、氣體軸承具有運轉(zhuǎn)速度高、摩擦損耗低、無污染等優(yōu)點，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，導致系統(tǒng)發(fā)生較復雜的非線性動力學行為而出現(xiàn)故障。因此，研究氣體軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學行為，確定系統(tǒng)參數(shù)合理匹配，對系統(tǒng)的設(shè)計、平穩(wěn)安全運行、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)的動力學行為。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)的動力學模型。結(jié)合轉(zhuǎn)子動力學和牛頓第二運動定律，列出了系統(tǒng)的運動微分方程并對其進行無量綱化處理，運用C語言編程，通過四階龍格庫塔法對系統(tǒng)進行數(shù)值計算。通過對系統(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)在基準參數(shù)下的動力學行為以及主要參數(shù)變化對系統(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)性運動、跳躍現(xiàn)象以及混沌等復雜的動力學行為，確定了系統(tǒng)

3、在特定參數(shù)下周期運動、概周期運動、陣發(fā)性運動以及混沌運動的轉(zhuǎn)速區(qū)間，并確定了系統(tǒng)發(fā)生穩(wěn)定周期運動的主要參數(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系統(tǒng)動力學行為影響較小，而轉(zhuǎn)子偏心量、轉(zhuǎn)子與定子的碰摩間隙以及轉(zhuǎn)軸的裂紋對系統(tǒng)具有較強的參數(shù)敏感性。通過對比分析雙盤轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動力學模型表明，雙盤的偏心量以及其質(zhì)量對系統(tǒng)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)偏心量對系統(tǒng)具有較強的影響，在較小偏心量下具有穩(wěn)定的周期運動，當

4、偏心量較大時系統(tǒng)混沌區(qū)域增大發(fā)生嚴重失穩(wěn)；而雙盤的質(zhì)量變化導致系統(tǒng)發(fā)生了較多復雜的運動變化，隨著其質(zhì)量系數(shù)的增大而使出現(xiàn)周期運動的轉(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雙盤轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有較強的參數(shù)敏感性；對于轉(zhuǎn)軸裂紋，較小的裂紋影響因數(shù)對系統(tǒng)響應(yīng)產(chǎn)生的影響不大，而在較大裂紋時系統(tǒng)跳躍現(xiàn)象頻繁發(fā)生，高頻區(qū)域的混沌運動區(qū)間增大，使系統(tǒng)處于極度不穩(wěn)定的運動狀態(tài)