转子系统不对中—裂纹耦合故障的非线性动力学分析

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1、硕士学位论文转子系统不对中-裂纹耦合故障的非线性动力学分析NONLINEARDYNAMICANALYSISOFROTORSYSTEMWITHMISALIGNMENT-CRACKINGCOUPLINGFAULTS谢兆明哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：O322,V231.96学校代码：10213国际图书分类号：531.3密级：公开工学硕士学位论文转子系统不对中-裂纹耦合故障的非线性动力学分析硕士研究生：谢兆明导师：曹庆杰教授申请学位：工学硕士学科：一般力学与力学基础所在单位：航天学院答辩日期：2015

2、年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O322,V231.96U.D.C:531.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringNONLINEARDYNAMICANALYSISOFROTORSYSTEMWITHMISALIGNMENT-CRACKINGCOUPLINGFAULTSCandidate：XieZhaomingSupervisor：Prof.CaoQingjieAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEn

3、gineeringSpeciality：GeneralandFundamentalMechanicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要旋转机械是在工业部门中应用最为广泛的一类机械设备，它的稳定运行影响着整个工业的发展进程。而转子系统作为旋转机械的核心部件，它的动力学特性直接影响着旋转机械的

4、结构安全和工作性能。由于转子系统运行环境的恶劣，在实际工程作业中转子系统发生耦合故障是非常常见的，因此转子系统的耦合故障是转子系统非线性动力学研究的重要内容之一。不对中和裂纹故障都是转子系统常见的故障，当转子系统在不对中状态下运行时可能引起转轴挠曲大变形和转轴磨损，大大增加了转轴上出现裂纹或使转轴上原有的小裂纹加深的可能性；而含较深裂纹的转子系统会使系统的响应过大导致不对中故障。因此，本文以某航空发动机低压转子系统为研究对象，对转子系统不对中-裂纹耦合故障的非线性动力学特性进行了研究。首先分析了齿式联轴器在不

5、对中状态下的运动规律，推导出了联轴器平行角度不对中的激振力；比较了裂纹常用的数学模型的优缺点，选取了最适合的裂纹模型；对起支撑作用的滚动轴承进行了运动分析和载荷分析；利用拉格朗日建模法建立了转子系统不对中-裂纹耦合故障的动力学微分方程，并对其进行了无量纲化。随后运用四阶Rugge-Kutta法对该系统进行了仿真分析，得到了不对中、裂纹单一故障和不对中-裂纹耦合故障的动力学特性。当转子系统只有联轴器不对中故障时，系统响应出现了1倍频和2倍频，转子系统不仅在临界转速处出现1倍频共振，而且在二分之一临界转速处出现2

6、倍频共振；当转子系统只有裂纹故障时，系统响应出现了1倍频、2倍频、3倍频等高频成分，在临界转速、二分之一临界转速和三分之一临界转速处出现了振动峰值，并且二分之一临界转速处的振动幅值与三分之一临界转速处的振动幅值相近。转子系统同时出现不对中和裂纹故障时，系统响应具有1倍频、2倍频、3倍频等高频成分，在临界转速、二分之一临界转速和三分之一临界转速出现振动峰值，并且二分之一临界转速处的振动峰值要远远高于三分之一处的临界转速。最后利用分岔图、Poincaré截面图、时域波形图、幅值谱图分析了含不对中-裂纹耦合故障的转

7、子系统参数对耦合故障系统响应的影响。关键词：转子系统；联轴器；滚动轴承；不对中；裂纹；耦合故障-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractRotatingmachineryisonekindofmechanicalequipmentsmostwidelyusedintheindustrialdepartment,itsstableoperationintheinfluencesthedevelopmentprocessofalltheindustry.Asthecorecomponentofrotat

8、ingmachinery,thedynamicscharacteristicsoftherotorsystemdirectlyaffectthestructuralsafetyandworkingperformanceofrotatingmachinery.Duetotheharshrunningenvironmentoftherotorsystem,therotorsystemoccurscoup