碰摩和油膜耦合故障转子系统的动力学行为与控制研究

发布时间：2017-04-05 03:10

  本文关键词：碰摩和油膜耦合故障转子系统的动力学行为与控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：机器工作的时候，转子部分常常会发生震动，从而进一步引起转子系统的中的定子和转子之间发生碰摩现象，所以说碰摩是转子系统中常见的一种现象。碰摩发生后会直接影响机器的运转，而且这种故障具有非线性的特征，因此，对碰摩转子系统的故障研究清楚对于机器的运转具有重要意义。本文所做的工作主要有: 1首先简单介绍一下国内外在转子碰摩系统发展的程度，然后进一步阐述本文选此研究对象的目的和意义，说明转子系统中出现的问题、现象以及分析在这些问题和现象所用的方法，为下面的研究工作打好基础。 2建立了刚性Jeffcott平衡转子碰摩力作用下的无量纲运动微分方程；基于Jeffcott转子碰摩动力学模型，通过变换得到等价无量纲方程，对其平衡点进行稳定性分析，并应Hwertize行列式对系统方程进行判断，得到在转速比取何值时发生Hopf分岔。然后利用数值仿真进一步验证，得出理论分析和数值模拟是相吻合的。 3对考虑重力的Jeffcott转子碰摩系统利用Lyapunov指数图、波形图、轴心轨迹图、相图、幅值谱图和庞加莱映截面图等进行动力学行为研究，本章研究了分析了碰摩系统在转速比下的系统运动现象，首先，分析了转速比、定子与转子间的间隙、刚度比对系统的影响，利用分岔图和Lyapunov指数图并结合时间波形图、轴心轨迹图，庞加莱映射图等进行分析对上述参数对系统的影响进行分析，分别得出了系统在上述各个参数下的运动情况，由此可以得到系统在上述不同参数下的较优工作区间。 4在第3章考虑重力的Jeffcott转子碰摩系统的基础上加入轴承非线性油膜力，从而建立了转子-轴承系统的动力学模型,采用标准的四阶Runge-Kutta法对转子碰摩动力学特征进行数值仿真。利用Lyapunov指数图、波形图、轴心轨迹图、和庞加莱截面图等工具分析了系统在非线性油膜力的影响下碰摩后进行动力学行为研究，通过对不同参数下的动力学行为研究可以得到系统在不同参数下的较优控制工作区间。本章主要分析了含油膜力的碰摩转子的动力学行为，首先分析随着转速比的变化系统动力学行为的变化，随着转速比的增大系统呈现出周期、分岔、拟周期、混沌等多种复杂的动力学行为，得出系统的较优控制工作区间。随后系统取不同的油膜厚度，通过分析油膜厚度下的分岔图和Lyapunov指数图，可以得到转子系统在不同油膜厚度下的最优工作区间，并且可以通过比较不同的油膜力的分岔图和Lyapunov指数图，还能得出哪种油膜力下系统的运行状态最好。对上述变化参数下的分岔图、波形图、相图、轴心轨迹图、庞加莱截面图的分析可以看出对碰摩转子系统添加油膜力后，系统的动力学变得更加复杂，，更多时候呈现出混沌状态。最后应用washout-filter反馈控制法向系统中引入状态反馈控制变量,可有效地抑制系统中混沌现象的发生。
【关键词】：转子系统 碰摩力 非线性油膜力 数值模拟 稳定性 分岔 混沌 Lyapunov指数 混沌控制
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH133
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-13
• 1.1 引言10-11
• 1.2 碰摩转子定子与静子之间故障特征的国内外研究现状及研究意义11
• 1.3 本文内容安排11-13
• 2 转子碰摩系统中的稳定性与非线性动力学行为分析方法13-23
• 2.1 稳定性理论和稳定性判据13-18
• 2.1.1 特征值判据13-14
• 2.1.2 Hofp理论和Floquet理论14-17
• 2.1.3 Hurwitz稳定性准则17-18
• 2.2 碰摩转子系统中的摩擦和油膜影响问题及计算方法18-19
• 2.2.1 非线性碰摩18
• 2.2.2 龙格库塔法18-19
• 2.3 碰摩转子系统的动力学行为分析方法19-22
• 2.3.1 如何判断周期解、拟周期解和混沌解19
• 2.3.2 分岔图19
• 2.3.3 相图和轴心轨迹图19-20
• 2.3.4 Lyapunov指数图20-21
• 2.3.5 庞加莱映射图21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 3 Jeffcott分段光滑转子系统的碰摩动力学行为分析23-30
• 3.1 分段光滑系统模型和基本方程23-24
• 3.2 模型的平衡点分析24-27
• 3.3 Hopf分岔的判定27-28
• 3.4 模型在参数转速比下数值模拟28-29
• 3.5 本章小结29-30
• 4 考虑重力的Jeffcott转子碰摩系统的动力学行为研究及其控制30-42
• 4.1 模型和方程30-31
• 4.2 转速比对系统分岔和混沌运动的影响31-34
• 4.3 不同偏心量下的转速比对系统分岔和混沌运动的影响34-36
• 4.4 转子与定子间间隙对系统分岔和混沌运动的影响36-39
• 4.5 刚度比对系统分岔和混沌运动的影响39-41
• 4.6 本章小结41-42
• 5 碰摩力和油膜力耦合碰摩故障的转子-轴承系统的动力学行为及控制研究42-54
• 5.1 油膜力作用下的碰摩转子系统的力学模型42-45
• 5.2 系统参数变化对转子系统运动特性的影响45-50
• 5.2.1 不同油膜厚度下的转速比的分岔图45-47
• 5.2.2 定子刚度对转子系统特性的影响47-49
• 5.2.3 圆盘等效阻尼对转子系统运动特性的影响49-50
• 5.3 Washout-filter状态反馈控制法50-53
• 5.4 本章小结53-54
• 6 总结与展望54-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-59
• 攻读学位期间的研究成果59

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 丛蕊;马锐;刘树林;;非对称油膜力作用下碰摩转子系统动力学分析[J];科学技术与工程;2009年21期

  本文关键词：碰摩和油膜耦合故障转子系统的动力学行为与控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：286367