转子动力学是研究旋转机器转子系统振动和动力稳定性的理论,工程设计计算以及减振,隔振,振动控制的科学,其发展迄今已逾百年。据不完全统计,在上个世纪七十年代以前,有关研究转子动力学的各类论文,一共公开发表过大约一千二百篇。87652
正因在转子动力学研究方面所遇到的问题重要、繁多、复杂,所以在转子动力学反面的研究在现阶段,正在飞速发展,也取得了显著成果。比如:有随机振动和非线性振动等。当然近年来,不胜枚举的由于旋转机械在高速旋转下故障所导致的事故在国内外发生,比如说一九七二年,在日本的某电站,由于轴系强烈振动导致一台60万的汽轮机组而全毁,所燃起大火也是由碎片击穿厂房、燃料桶等而引起。
杰夫科特是转子动力学的最早的研究者。在一九一九年, 他率先研究了具有两端支承的柔性轴,且两端支撑是在刚性轴承上,轴无质量,轴对称的,并且只有单个集中质量的转盘在轴上的最简单的转子系统,即为单盘转子系统的振动情况[2]。而Muszynska等较早地建立了碰摩力模型[3]。
国内对滚动转子轴承的研究[4],研究表明:具有点线接触的机械零件,它们的弹性流体
油膜润滑,可以在一定运转条件下得以实现,而且对于轴承来说,其润滑状态与表面损伤之间有着十分紧密的关系。而且失效形势的形成与发展,可以受到摩擦力、温度场、油膜厚度、润滑油膜形状以及油膜中的压力分布等多种因素的直接影响。论文网
国内对非线性转子的研究[5],由于各种各样的异常振动在旋转机械系统中是广泛存在的,所以事故常常是由这样的原因所引发的,甚至演变成灾难的。在过去研究中,对于转子-轴承基础系统的研究方式,大多都采用基于线性转子动力学理论的研究方式,但现阶段的研究方式多采用数学建模方式,构造数学模型,并运用数学模型来进行仿真研究。
但是对于较大型的旋转机械,其中的密封力、油膜力、不均匀蒸汽间隙力之类的严重的非线性激励源,且非线性激励源是由接触非线性因素所致的对不平衡转子的影响,这是Ehrich[6-7]研究发现的。Pei-ming SHI[8],在对于包含有非线性摩擦阻尼和参数激励等,这类非线性振动模型进行过研究,系统的稳定性被其分为7个过渡区域。对于这类非线性激励源来说,由于其数学模型不够完善,以致没有彻底搞清存在于所研究的系统中的,多种复杂动力学行为,大多数是由非线性因素引起的。这样就不能现代工程设计的需要得到满足,所以现阶段迫切需要建立出有关转子-轴承系统的非线性动力学理论,用来转子-轴承系统中所存在的各种各样的非线性动力学行为得到进一步揭示。
现阶段国内关于碰摩问题的研究[9],主要有,利用频谱图、Poincare图、波形图和轴心轨迹图等工具,来分析系统在碰摩发生后,系统的分岔特性和非线性响应,同时转子系统的碰摩变化情况,可以通过改变转盘转速来研究,并观察碰摩转子在不同条件下的振动情况。其中张昆鹏等[10]指出系统出现的混沌运动和多周期是由轴向碰摩可导致的,并对转子运动受到轴向碰摩的影响,采用数值方法来分析。张跟胜等[11]利用微小角位移矢量合成理论和弯曲变形,把封严圈与圆盘之间的轴向碰摩力计算公式推导出来。
以理论仿真为主是已有的碰摩研究大多的研究方式,而且有关于碰摩动力学行为的实验研究,依然不是很充分,并且以往的研究方式,大多使用直接模拟的试验方式,比如用转子与某种软金属直接接触来进行故障模拟。但是这种研究方法,首先,整周碰摩的情况不能模拟,其次,这种研究方法常常会使转轴受到严重损伤。Y。X。wang[12],使用自适应谱方法对转子系统瞬态故障进行识别。