[发明专利]转子间碰摩故障下双转子系统动力学仿真模型构建方法

说明书

本发明提供一种转子间碰摩故障下双转子系统动力学仿真模型构建方法，包括获取碰摩法向力；考虑内、外转子的转速差以及转子的涡动速度，计算转子‑转子碰摩的摩擦力；根据牛顿第三定律计算作用于内、外转子的碰摩力；考虑转子‑转子碰摩建立双转子系统动力学仿真模型。该方法可以准确模拟转子与转子之间的碰摩。基于刚体的平面运动，准确计算转子的涡动速度、碰摩点切向速度、碰摩点绝对速度以及碰摩点相对速度。考虑转子涡动速度导致的碰摩点相对速度方向不确定，导致的碰摩点摩擦力方向不确定，通过速度矢量求解转子碰摩点之间的相对速度，准确表征转子间摩擦力的方向。本发明弥补了现阶段履带车辆转子之间碰摩动力学精确分析方法的空缺。

技术领域

本发明涉及机械动力学技术领域，具体涉及双转子系统中转子间碰摩故障表征及动力学分析，尤其涉及一种转子间碰摩故障下双转子系统动力学仿真模型构建方法。

背景技术

旋转机械如航空发动机、船用燃气轮机和履带车辆等，为了提高机械系统的各方面性能(如密封性)，使得转子和转子之间的设计间隙越来越小，很可能导致设备运行过程中发生转子之间碰摩故障。必然导致设计人员很难同时兼顾无碰摩与间隙值小，影响系统的安全可靠运行。转子间的碰摩会引发系统的损坏和其余故障，甚至导致灾难性事故的发生。这将直接或者间接的造成经济财产的损失，或威胁相关从业人员的生命安全。特别是对于履带车辆，转子间的碰摩故障频繁发生，极大的影响履带车辆的安全运行。

对于转子间碰摩的表征方法，有的研究人员将其简化为两个同心的Jeffcott转子，没有考虑转轴之间可能存在的中介轴承对系统碰摩故障的影响，也没有考虑内、外转子的转速差对系统碰摩的影响。当然也有研究人员考虑转速差建立了转子-转子碰摩的表征模型，其考虑了涡动速度以及相对速度对碰摩摩擦力的影响，但是这个模型的转速差只通过速度大小的加减表示，忽略了速度方向带来的影响。由此可以判断，采用标量模型无法实现转子-转子碰摩故障的准确表征。另外，目前关于碰摩故障的研究多为转子与静子之间的碰摩故障，而忽略了关于转子与转子之间的碰摩故障的研究。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明公开了一种转子间碰摩故障下双转子系统动力学仿真模型构建方法，针对碰摩故障下履带车辆双转子系统动力学系统构建模型，解决现有转子-转子碰摩故障表征模型及动力学分析技术中所存在的缺少考虑转子涡动速度的转子-转子碰摩模型以及碰摩导致的干摩擦失稳问题。本方法考虑了转子的涡动速度对碰摩摩擦力的影响，精确计算转子间的相对速度，并基于库仑摩擦理论求解碰摩摩擦力的大小，进一步求得碰摩摩擦力矢量，利用Timoshenko梁理论模拟双转子系统的转轴，结合不平衡力和碰摩力，建立了碰摩故障下双转子系统动力学仿真模型。

本发明采用的技术手段如下：

一种转子间碰摩故障下双转子系统动力学仿真模型构建方法，包括以下步骤：

S1、根据双转子系统的单元和节点信息建立双转子系统的有限元模型，根据所述有限元模型计算系统每一时刻的动力学相应，从而获取碰摩法向力；

S2、考虑内、外转子的转速差以及转子的涡动速度，计算转子-转子碰摩的摩擦力；

S3、根据牛顿第三定律，计算作用于内、外转子的碰摩力；

S4、考虑转子-转子碰摩，建立双转子系统动力学仿真模型。

进一步地，根据双转子系统的单元和节点信息建立双转子系统的有限元模型，根据所述有限元模型计算系统每一时刻的动力学相应，从而获取碰摩法向力，包括：

S1.1、通过所述有限元模型根据转子的涡动位移，确定碰摩法向力的方向向量，包括根据以下公式计算内转子某一时刻的碰摩法向力的反方向向量为：

n＝[x₀-x₁,y₀-y₁]