Нелинейный анализ колебаний роторов с гидростатодинамическими подшипниками

• Автор: Морозов, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Орел
• Количество страниц: 172 с. : ил.

Введение
Глава 1. Динамическая система «ротор - гидростатодинамические подшипники жидкостного трения» в качестве объекта исследования
1.1. Использование подшипников скольжения в качестве опор роторов различных агрегатов
1.2. Обзор опубликованных работ в области нелинейных колебаний
роторов
1.3 Обзор численных методов интегрирования уравнений движения ротора.

1.4. Структура исследования
Глава 2. Методы исследования хаотических вибраций
2.1. Хаотические вибрации в динамике роторов
2.2 Обзор методов исследования хаотических вибраций в динамике роторных систем
2.3 Метод 1ГР - диаграмм для анализа нелинейных вибраций в динамике роторных систем
Глава 3. Динамическая модель роторной системы на опорах жидкостного трения с учетом взаимодействия ротора и втулки подшипника
3.1 Динамическая модель гидромеханической системы «жесткий симметричный ротор - подшипник жидкостного трения»
3.2 Рекомендации по выбору численного метода для системы ОДУ
3.3 Расчет реакций смазочного слоя
3.4 Исследование движение несимметричного жесткого ротора в условиях хаотических вибраций
Глава 4. Экспериментальные исследования хаотических колебаний
4.1. Постановка задачи и планирование эксперимента
4.2 Описание экспериментальной установки 1
4.3 Обработка результатов экспериментальных исследований и сравнительный анализ теоретических и экспериментальных данных
4.4 Обзор программного обеспечения для исследования роторных систем и описания программного комплекса Анрос - нелинейный анализ
4.5 Вопросы проектирования роторных систем с гидростатодинамическими подшипниками скольжения с учетом хаотических вибраций
Заключение
Литература
Список основных трудов Морозова А.А
Приложение А
Приложение Б
Введение
Актуальность темы. В настоящее время широкое распрос'іранение в высокоскоростных машинах получили роторно-опорные узлы с подшипниками жидкостного трения. Использование опор скольжения определяется рядом положительных свойств по сравнению с другими типами опор, среди которых широкий диапазон скоростей вращения; значительный ресурс работы; относительно малые радиальные размеры; высокая способностью к демпфированию колебаний; стойкость к тепловым и химическим воздействиям и т.д. Опорные узлы роторных систем с подшипниками жидкостного трения применяются в турбонасосах систем топливоподачи двигательных установок летательных аппаратов, компрессорах, детандерах, насосах для перекачки сред со сложными свойствами, микро - электромеханических системах и других устройствах.
Анализу динамики роторов на опорах жидкостного трения посвящено достаточно большое количество работ. Авторы, как правило, в этих работах исследуют режимы работы роторной системы, которые не предусматривают контакт рогора и статора или ротора и втулки подшипника жидкостного трения. Относительно недавно в системах «ротор-подшипник жидкостного трения», помимо периодических и квазипериодических колебаний, были обнаружены так называемые хаотические колебания. Эти колебания обусловлены нелинейностью смазочного слоя и контактным взаимодействием ротора и статора или ротора и втулки подшипника.
Подавляющее большинство выполненных работ посвящено анализу линейных колебаний и лишь небольшое число работ затрагивает нелинейные модели роторов с гидродинамическими опорами. Рост скоростей вращения приводит к тому, что возникает необходимость учитывать в модели различные нелинейные эффекты. Как правило, при этом, используют достаточно простую модель гибкого симметричного ротора, рассматривая уравнение смазочного слоя в приближении короткого или длинного

подшипников. Задачу, в основном, решают в изотермической постановке. Вместе с тем повышенные требования, предъявляемые к надежности и сроку службы роторных систем, а так же к качеству их проектирования выдвигают на первый план задачу усложнения математических моделей, разработки методов и алгоритмов и создание программного обеспечения решения задач динамического анализа роторных систем с учетом нелинейных и хаотических колебаний.
Таким образом, относительно слабая изученность нелинейных и хаотических колебаний в системе «ротор - гидростатодинамический подшипник» в нелинейной, неизотермической постановке является
актуальной научной и практической задачей, решение которой направлено на повышение конкурентоспособности создаваемых роторных машин.
Настоящая работа выполнялась в рамках договора о научно-' техническом сотрудничестве между Орловским государственным
техническим университетом и ОАО «Конструкторское бюро
химавтоматики», а также в рамках государственного контракта по теме «Мехатронные опоры роторов агрегатов и машин новых поколений» № 14.740.11.0030 и проекта РФФИ 09-08-99020 № 22.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является выявление закономерностей движения и обеспечение устойчивости роторов на подшипниках жидкостного трения с учетом нелинейных эффектов смазочного слоя подшипника и контактного взаимодействия ротора и статора, а также разработка алгоритмов расчета нелинейных характеристик роторов с учетом хаотических колебаний, создание программного обеспечения и выработка рекомендаций по проектированию высокоскоростных роторных систем с учетом факторов, вызывающих хаотические колебания.
Цель работы достигается решением следующих основных задач:
> Проведение обзора современной литературы в области хаотических вибраций роторных систем е опорами жидкостного трения;
вибраций. Тогда как более достоверные результаты можно получить, использую несколько методов, например, метод сечения Пуанкаре вместе с вычислением спектра Фурье и расчете фрактальной размерное ги.
Стоит отметить работы, посвященные методам изучения хаотических вибраций роторных систем. Это такие методы, как метод сечения Пуанкаре [42], метод бифуркационных диаграмм, спектральный анализ и другие. Так в работе [83] рассмотрен метод вейвлет - анализа хаотических вибраций в роторных системах. Получены характерные портреты скейлограмм хаотических колебаний ротора. В работе [142] для исследования нелинейной динамики роторной системы применяется нейронная сеть. Нейронная сеть применялась для идентификации различных типов колебаний. Дизайну нейронных сетей, используемых для исследования роторных систем посвящена работа [115]. В данном случае нейронная сеть применяется для анализа выбора параметров роторной системы.
Работа [126] посвящена использованию нейронных сетей в связке с адаптивным вейвлет - анализом. В данной работе были вычислены вейвлет -коэффициенты и подставлены в качестве входных параметров нейронной сети для идентификации типа движения. Данная методика применялась для исследования роторной системы ротор-подшипник жидкостного трения
Применению искусственных нейронных сетей для управления уровнем вибрации в роторных системах посвящена работа [128]. Для этого была сконструирована многослойная нейронная сеть. В данной работе показана возможность использования нейронный сетей для управления уровнем вибрации в роторной системе.
На рисунке (1.19) изображена искусственная нейронная сеть для анализа входного вибросигнала.