非线性转子系统碰摩现象的动力学仿真.pdf

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编号:20181207230253024185    类型:共享资源    大小:181.21KB    格式:PDF    上传时间:2019-02-16
  
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动力学 碰摩转子 非线性动力学 非线性动力学现象 转子系统 转子系统的碰摩 系统的非线性动力学 非线性 系统碰摩 非线性转子动力学 碰摩的 转子系统的 碰摩转子非 转子系统的动力学 现象的非线性 转子碰摩
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文 章 编 号 : l?0?0?l?-?2?4?8?6?( 2?0?0?0?) 0?6?-?0?l?0?l?-?0?4? 非 线 性 转 子 系 统 碰 摩 现 象 的 动 力 学 仿 真 !? 胡 茑 庆 , 陈 敏 , 刘 耀 宗 , 杨 光 , 温 熙 森 ( 国 防 科 技 大 学 机 电 工 程 与 自 动 化 学 院 , 湖 南 长 沙 4?l?0?0?7?3?) 摘 要 : 针 对 一 类 非 线 性 转 子 系 统 , 建 立 了 碰 摩 模 型 。 在 此 基 础 上 , 通 过 模 型 的 动 力 学 仿 真 分 析 , 研 究 了 非 线 性 碰 摩 转 子 系 统 的 同 频 、 倍 频 、 分 频 、 拟 周 期 和 混 沌 振 动 及 其 出 现 特 点 。 其 中 揭 示 的 振 动 特 征 对 转 子 系 统 的 状 态 识 别 与 诊 断 具 有 一 定 的 意 义 。 关 键 词 : 非 线 性 转 子 ; 碰 摩 现 象 ; 特 征 提 取 ; 故 障 诊 断 中 图 分 类 号 : T?H?l?l?3?文 献 标 识 码 : A? N?u?m?e?r?i?c?a?l? A?n?l?y?S?i?S? O?f? R?u?b?-?i?m?p?a?c?t? P?h?e?n?O?m?e?n?a? O?f? N?O?n?l?i?n?e?a?r? R?O?t?O?r? S?y?S?t?e?m?S? H?U? N?i?a?O?-?g?i?H?g?, C?H?E?N? M?i?H?, L?I?U? Y?a?O?-?Z?O?H?g?, Y?A?N?G? G?u?a?H?g?, W?E?N? X?i?-?S?e?H? ( C?O?1?1?e?g?e? O?f? M?e?c?1?a?t?r?O?H?i?c?S? E?H?g?i?H?e?e?r?i?H?g? a?H?c? A?u?t?O?m?a?t?i?O?H?, N?a?t?i?O?H?a?1? U?H?i?V?.? O?f? D?e?f?e?H?S?e? T?e?c?1?H?O?1?O?g?y?, C?1?a?H?g?S?1?a? 4?l?0?0?7?3?, C?1?i?H?a?) A?b?S?t?r?a?c?t?: A? r?u?b?-?i?m?p?a?c?t? m?O?c?e?1? O?f? H?O?H?1?i?H?e?a?r? r?O?t?O?r? S?y?S?t?e?m? i?S? b?u?i?1?t?.?B?a?S?e?c? O?H? t?1?e? m?O?c?e?1? a?H?c? u?S?i?H?g? H?u?m?e?r?i?c?a?1? c?a?1?c?u?1?a?t?i?O?H?, t?1?e? r?e?S?p?O?H?S?e?S? O?f? H?O?H?1?i?H?e?a?r? r?u?b?-?i?m?p?a?c?t? r?O?t?O?r? S?y?S?t?e?m?S?, S?u?c?1? a?S? p?e?r?i?O?c?-?O?H?e? m?O?t?i?O?H?S?, S?u?b?-?1?a?r?m?O?H?i?c? a?H?c? S?u?p?e?r?-?1?a?r?m?O?H?i?c? V?i?b?r?a?t?i?O?H?S?, g?u?a?S?i?-?p?e?r?i?O?c?i?c? m?O?t?i?O?H?S? a?H?c? c?1?a?O?t?i?c? m?O?t?i?O?H?S?, a?r?e? i?H?V?e?S?t?i?g?a?t?e?c?.?N?O?H?1?i?H?e?a?r? V?i?b?r?a?t?i?O?H? c?1?a?r?a?c?t?e?r?i?S?t?i?c?S? O?f? a? r?u?b?-?i?m?p?a?c?t? r?O?t?O?r? r?e?V?e?a?1?e?c? i?H? t?1?i?S? p?a?p?e?r? a?r?e? O?f? g?r?e?a?t? S?i?g?H?i?f?i?-? c?a?H?c?e? t?O? t?1?e? c?O?H?c?i?t?i?O?H? m?O?H?i?t?O?r?i?H?g? a?H?c? c?i?a?g?H?O?S?t?i?c?S? O?f? t?1?e? r?O?t?O?r? S?y?S?t?e?m?.? K?e?y? w?O?r?d?S?: H?O?H?1?i?H?e?a?r? r?O?t?O?r?S?; r?u?b?-?i?m?p?a?c?t? p?1?e?H?O?m?e?H?a?; f?e?a?t?u?r?e? e?X?t?r?a?c?t?i?O?H?; f?a?u?1?t? c?i?a?g?H?O?S?i?S? 近 年 来 , 随 着 现 代 数 学 和 物 理 学 的 发 展 , 人 们 发 现 , 非 线 性 系 统 中 除 了 倍 频 、 分 频 及 概 周 期 运 动 外 , 还 存 在 着 混 沌 运 动 与 分 岔 现 象 。 研 究 带 有 种 种 故 障 的 转 子 系 统 的 混 沌 运 动 及 分 岔 现 象 , 找 出 其 中 的 规 律 性 , 从 而 应 用 于 故 障 诊 断 , 是 提 高 诊 断 准 确 性 的 重 要 手 段 之 一 [ l?, 4?, 7?] 。 转 子 运 转 时 不 可 避 免 要 发 生 振 动 , 其 振 动 只 要 不 超 过 一 定 的 程 度 是 完 全 允 许 的 。 但 当 机 组 出 现 一 些 不 正 常 的 振 动 或 振 动 过 大 时 , 就 成 了 运 行 时 的 故 障 , 必 须 及 时 排 除 才 能 保 证 机 组 的 安 全 运 行 。 引 起 机 组 不 正 常 振 动 或 振 动 过 大 的 原 因 很 多 , 其 中 一 个 主 要 原 因 之 一 就 是 动 静 部 分 摩 擦 。 动 静 件 间 的 碰 摩 是 一 类 常 见 的 旋 转 机 械 故 障 , 通 常 表 现 为 其 它 故 障 的 间 接 结 果 。 由 于 碰 摩 会 引 起 转 子 系 统 一 系 列 不 良 后 果 , 有 关 碰 摩 的 研 究 引 起 国 内 外 严 重 关 注 [ l?, 6?, l?l?] 。 本 文 在 文 献 [ 9?, l?0?, l?l?] 基 础 上 , 通 过 数 值 分 析 , 研 究 一 类 非 线 性 碰 摩 转 子 系 统 的 同 频 、 倍 频 、 分 频 、 拟 周 期 和 混 沌 振 动 及 其 出 现 特 点 。 1?碰 摩 转 子 系 统 动 力 学 简 化 分 析 考 虑 在 转 盘 处 发 生 碰 摩 的 情 况 , 如 图 l? 所 示 [ 4?, 7?, l?0?] 。 设 在 静 止 时 转 子 与 定 子 之 间 的 间 隙 为 !?, 则 碰 摩 时 的 正 向 碰 撞 力 F?N?与 切 向 摩 擦 力 F? T?可 以 表 示 为 F?N?=? 0?, ( r? ? !?) F?x?=? F?y?=? 0?( r? ? 1?0?6?N?m?-? 1?, c? =? 1?.? 2? ? 1?0?3? N?S?m?-? 1?, I?c?=? 4? ? 1?0?7?N?m?-? 1?, I?S?=? 6? ? ? 1?0?1?1?N?m?-? 1?, f? =? 0?.?0?6?, !?=? 1? -? ? 1?0? -? 3?m?。 改 变 偏 心 量 e? 和 转 速 比 S? 的 大 小 , 获 得 了 一 系 列 的 系 统 响 应 结 果 ( 如 图 2?) 。 为 获 得 稳 态 响 应 , 所 有 结 果 均 舍 弃 了 前 3?0?0? 转 后 求 得 。 由 图 2? 可 知 , 系 统 响 应 运 动 形 式 为 周 期 1?、 拟 周 期 ( 包 括 周 期 2?) 、 次 谐 波 与 超 谐 波 、 混 沌 等 几 种 。 ( 1?) 周 期 1? 振 动 : 在 各 种 偏 心 量 的 情 况 下 , 在 转 速 比 S? 小 于 1?, 或 S? 在 3?、 5? 附 近 , 或 S? 大 于 7? 后 , 系 统 响 应 表 现 为 周 期 1? 振 动 。 随 着 转 速 的 增 加 , 出 现 周 期 1? 的 转 速 比 区 间 越 来 越 小 , 且 往 转 速 比 高 的 方 向 移 动 。 ( 2?) 拟 周 期 振 动 : 在 偏 心 量 较 小 的 情 况 下 , 系 统 响 应 的 非 周 期 运 动 主 要 表 现 为 拟 周 期 运 动 。 ( 3?) 次 谐 波 振 动 : 从 图 2? 可 看 出 , 一 般 出 现 较 多 的 是 1?/?2?X?、 1?/?3?X?、 1?/?4?X?、 1?/?5?X? 等 。 偏 心 量 较 小 时 , 在 S? =? 1?.?1? 附 近 出 现 1?/?2?X? 振 动 , 在 S? =? 4?.?0? 附 近 出 现 1?/?3?X? 振 动 , 在 S? =? 6?.?8? 出 现 1?/?5?X? 振 动 。 进 一 步 分 析 表 明 , 分 频 与 倍 频 相 伴 出 现 , 且 相 应 的 倍 频 幅 值 往 往 大 于 分 频 幅 值 。 ( 4?) 混 沌 振 动 : 当 偏 心 量 较 大 且 转 速 很 高 时 , 才 会 出 现 混 沌 振 动 。 偏 心 量 较 小 时 , 非 周 期 运 动 大 多 表 现 为 拟 周 期 运 动 。 由 于 分 叉 图 只 能 反 映 周 期 解 的 变 化 情 况 , 故 不 能 区 分 出 拟 周 期 解 和 混 沌 响 应 。 为 此 必 需 对 复 杂 运 动 形 式 进 行 进 一 步 的 分 析 , 图 3?、 4? 分 别 为 一 典 型 拟 周 期 运 动 、 混 沌 运 动 结 果 。 “?结 论 在 文 献 [ 8?, 9?, 1?0?, 1?1?] 基 础 上 , 通 过 对 非 线 性 碰 摩 转 子 的 数 值 分 析 , 可 以 得 出 如 下 结 论 : ( 1?) 当 不 平 衡 量 足 够 大 且 转 速 很 高 时 , 碰 摩 转 子 系 统 才 会 出 现 混 沌 运 动 ; 不 平 衡 量 不 大 时 , 碰 摩 转 2?0?1? 国 防 科 技 大 学 学 报 2?0?0?0? 年 第 6? 期 图 2? 不 同 不 平 衡 量 情 况 下 的 系 统 响 应 分 叉 图 F?i?g?.?2?B?i?f?u?r?c?a?t?i?O?H? O?f? S?y?S?t?e?m? r?e?S?p?O?H?S?e? u?H?c?e?r? c?i?f?f?e?r?e?H?t? i?m?b?a?1?a?H?c?e?S? 图 3? 拟 周 期 振 动 ( e? =? 0?.?2? ( m?m?) , s? =? l?.?3?) F?i?g?.?3?O?u?a?S?i?-?p?e?r?i?O?c?i?c? V?i?b?r?a?t?i?O?H? 子 主 要 出 现 分 频 振 动 , 或 拟 周 期 振 动 。 如 果 在 系 统 检 测 中 发 现 混 沌 运 动 特 征 , 那 么 系 统 一 定 进 入 严 重 故 障 状 态 。 ( 2?) l?/?2?X? 分 频 与 倍 频 相 伴 出 现 , 且 在 不 平 衡 量 较 小 时 , 相 应 的 倍 频 幅 值 往 往 大 于 分 频 幅 值 。 这 一 结 果 对 于 碰 摩 故 障 的 早 期 检 测 以 及 与 其 它 类 型 故 障 的 区 别 具 有 重 要 意 义 。 ( 3?) 当 系 统 发 生 较 大 状 态 变 化 时 , 最 初 的 征 兆 是 系 统 响 应 出 现 拟 周 期 运 动 , 因 此 , 检 测 拟 周 期 运 动 的 出 现 是 判 断 状 态 早 期 变 化 的 特 征 之 一 。 需 要 指 出 , 对 碰 摩 转 子 系 统 全 局 非 线 性 特 性 还 要 作 进 一 步 的 研 究 , 有 关 结 果 应 进 行 实 验 验 证 。 参 考 文 献 : [ l?] A?c?a?m?S? M?L?, A?b?u?-?M?a?1?f?O?u?Z? I? A?.? E?X?p?1?O?r?a?t?O?r?y? R?e?S?e?a?r?c?1? O?H? C?1?a?O?S? C?O?H?c?e?p?t?S? a?S? D?i?a?g?H?O?S?t?i?c? T?O?O?1?S? f?O?r? A?S?S?e?S?S?i?H?g? r?O?t?a?t?i?H?g? M?a?c?1?i?H?e?r?y? V?i?b?r?a?t?i?O?H? S?i?g?H?a?t?u?r?e?S? [ C?] .?P?r?O?c?e?e?c?i?H?g?S? O?f? I?F?T?0?M?M? F?O?u?r?t?1? I?H?t?e?r?H?a?t?i?O?H?a?1? C?O?H?f?e?r?e?H?c?e? O?H? R?O?t?O?r? D?y?H?a?m?i?c?S?, C?1?i?c?a?g?O?, U?S?A?, S?e?p?t?e?m?b?e?r? l?9?9?4?.? 3?0?l? 胡 茑 庆 等 : 非 线 转 子 系 统 碰 摩 现 象 的 动 力 学 仿 真 图 4? 混 沌 运 动 示 例 ( !? =? 0?“?8? ( m?m?) , #? =? 7?“?2?) F?i?g?.?4?A? c?e?m?O?H?S?t?r?a?t?i?O?H? O?f? c?1?a?O?t?i?c? m?O?t?i?O?H? [ 2?] B?1?a?Z?e? ?c?a?y?k?-?0?k?O?1?e?w?S?k?a?, B?, C?Z?O?1?c?a?y?H?S?k?i?, K?, K?a?p?i?t?a?H?i?a?k?, T? S? W?O? ?e?w?O?c?a?, J?.?C?1?a?O?t?i?c? m?e?c?1?a?H?i?c?S? i?H? S?y?S?t?e?m?S? w?i?t?1? i?m?p?a?c?t?S? a?H?c? f?r?i?c?t?i?O?H? [ M?] , W?O?r?1?c? S?c?i?e?H?t?i?f?i?c? S?e?r?i?e?S? O?H? H?O?H?1?i?H?e?a?r? S?c?i?e?H?c?e?, W?O?r?1?c? S?c?i?e?H?t?i?f?i?c? P?u?b?1?i?S?1?i?H?g? C?0?.?P?t?e?.?L?t?c?, l?9?9?9?.? [ 3?] C?1?O?y? F? K?, P?a?c?O?V?a?H? J?, B?a?t?u?r?c?.?R?u?b? I?H?t?e?r?a?c?t?i?O?H?S? O?f? f?1?e?X?i?b?1?e? c?a?S?i?H?g? r?O?t?O?r? S?y?S?t?e?m?S? [ J?] .?J?O?u?r?H?a?1? O?f? E?H?g?i?H?e?e?r?i?H?g? f?O?r? G?a?S? T?u?r?b?i?H?e? a?H?c? P?O?w?e?r?, l?9?8?9?, l?l?l?: 6?5?2? ~? 6?5?8?.? [ 4?] C?1?u? F? a?H?c? Z?1?a?H?g? Z?.?B?i?f?u?r?c?a?t?i?O?H? a?H?c? C?1?a?O?S? i?H? a? R?u?b?-?i?m?p?a?c?t? J?e?f?f?c?O?t?t? R?O?t?O?r? S?y?S?t?e?m? [ J?] .?J?O?u?r?H?a?1? O?f? S?O?u?H?c? a?H?c? V?i?b?r?a?t?i?O?H?, l?9?9?8?, 2?l?0? ( l?) : l?-?l?8?.? [ 5?] K?a?p?i?t?a?H?i?a?k?, T?.?C?1?a?O?t?i?c? O?S?c?i?1?1?a?t?i?O?H?S? i?H? m?e?c?1?a?H?i?c?a?1? S?y?S?t?e?m?S? [ M?] , N?O?H?1?i?H?e?a?r? S?c?i?e?H?c?e?-?t?1?e?O?r?y? a?H?c? a?p?p?1?i?c?a?t?i?O?H?S?.?M?a?H?c?1?e?S?t?e?r? a?H?c? N?e?w? Y?O?r?k?, l?9?9?l?.? [ 6?] M?u?S?Z?y?H?S?k?a? A?.?P?a?r?t?i?a?1? 1?a?t?e?r?a?1? r?O?t?O?r? t?O? r?u?b?S? [ C?] .?3?r?c?I?H?t?e?r?H?a?t?i?O?H?a?1? C?O?H?f?e?r?e?H?c?e? O?H? V?i?b?r?a?t?i?O?H? R?O?t?a?t?i?H?g? M?a?c?1?i?H?e?r?y?, l?9?8?4?.? [ 7?] 诸 福 磊 , 张 正 松 .? 带 故 障 转 子 系 统 中 的 复 杂 运 动 现 象 [ C?] , 第 五 届 全 国 机 械 设 备 故 障 诊 断 学 术 会 议 论 文 集 , 科 学 技 术 文 献 出 版 社 , l?9?9?6?, p?p?.?2?2?9?-?2?3?3?.? [ 8?] 陈 安 华 , 朱 萍 玉 , 钟 掘 .? 转 子 系 统 动 静 件 径 向 摩 擦 的 振 动 特 征 [ J?] , 湘 潭 矿 业 学 院 学 报 , l?9?9?8?, l?3? ( l?) .? [ 9?] 刘 耀 宗 , 胡 茑 庆 , 系 统 参 数 对 碰 摩 转 子 稳 态 响 应 的 影 响 [ J?] , 非 线 性 动 力 学 学 报 , l?9?9?9?, 6? ( 4?) .? [ l?0?] 刘 耀 宗 , 胡 茑 庆 , 温 熙 森 .? 不 平 衡 激 励 对 碰 摩 转 了 振 动 特 性 的 影 响 [ J?] , 机 械 科 学 与 技 术 , 2?0?0?0?, l?9? ( 4?) .? [ l?l?] 胡 茑 庆 , 刘 耀 宗 , 杨 光 .? 非 线 性 碰 摩 转 子 系 统 响 应 的 数 值 分 析 [ C?] , 发 表 于 2?0?0?l? 年 第 九 届 机 械 系 统 动 力 学 年 会 上 .? 4?0?l? 国 防 科 技 大 学 学 报 2?0?0?0? 年 第 6? 期
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