刚度与阻尼突变转子系统的动力学研究.pdf

振动与冲击 ANDSHOCK OFVIBRATION 第27卷第4期 JOURNAL 刚度与阻尼突变转子系统的动力学研究 王宗勇1，龚斌1， 闻邦椿2 (I．沈阳化工学院，沈阳110142；2．东北大学，沈阳110004) 摘 要：根据转子动力学理论，建立了具有突变刚度和突变阻尼特性的Jeffeott转子力学模型及动力学方程。通 过解析方法得到了刚度和阻尼突变后的转子系统振动解析表达式，并分析了突变前后稳态振幅之间的关系及突变对轴心 最大位移的影响，定义了刚度和阻尼突变后的暂态过程时间而且确定了碰摩参数区域。结论表明，刚度和阻尼突变会导 致转子系统振动幅度增大，柔性转子系统在刚度和阻尼突减的情况下发生碰摩故障的可能性较大，暂态过程时间随着突 变刚度比和突变阻尼比的增大而减小，碰摩参数区域随着刚度和阻尼突减幅度及质量偏心距的增大而增加等。 关键词：转子；动力学；刚度；阻尼；突变；碰摩 中图分类号：0313．5 文献标识码：A 系统刚度和阻尼对旋转机械的振动特性具有较大 的影响，正是由于这一点产生了多种通过改变系统刚 度和阻尼来控制转子系统振动的装置，如可控流体阻 尼轴承、电流变阻尼器等。这些装置对于抑制振幅提 高系统的稳定性作用十分明显，已经在工程中得到了 广泛应用¨“J。这些装置虽然结构和工作原理各不相 同，但都是通过某一控制参数(如液压或电压信号)来 刃叨 改变系统刚度和阻尼从而实现对转子系统振动特性的 图1转子力学模型 主动控制。一个优良的阻尼控制装置必须反应灵敏滞 后时间小，即刚度和阻尼要随着控制参数的改变迅速 鬈+?地一伽：∞洲 l (1) 变化。因此装有阻尼控制装置的转子系统在控制参数 2 my+cy+kyme‘．o‘sintot—mgJ 的阶跃作用下会产生突变，本文就是在这样的工程背 c为外阻尼系数，k为转轴刚度，k、c均在t。时刻发生 景下研究刚度和阻尼突变转子系统的动力学特性。 阶跃突变，即 系统刚度与阻尼是旋转机械的重要系统参数，它 们的突变会引起转子运动状态的较大变化，甚至发生 一些事故，刚度与阻尼突变会导致转子的振动幅度增 加，当转静子间隙较小时就会产生碰摩故障”圳。刚 为便于问题的分析，对式(1)进行无量纲化，4-x=詈， 度与阻尼突变属于时变参数转子系统中的一种，国内 外学者对该类型转子的振动特性研究还较少，研究较 多的是慢变转子系统，取得了一些很有价值的结 论一q¨。综上所述，对刚度与阻尼突变转子系统进行 研究具有一定的理论意义和工程实际意义。 T。时，式(1)可化为 1动力学模型 j+2譬“2《∞吖rl (3) 图1为单盘Jeffcott转子系统的力学模型，其中，圆 Y+2fy+Y=叫‘sinyr—Go 盘质量为m，转速为∞，转静子间隙为6，质量偏心距为 当tto，即丁丁。时，式(1)可化为 e。当转子和静子没有碰摩时，由达朗伯原理得到转子 2 X。+2AcscX．+AkX (4) 由不平衡量引起的转子轴心运动方程为 t∞吖r l 求解式(3)，得到其稳态周期解为 基金