平行轴系—转子系统动态特性分析

论文摘要

随着旋转机械转速不断增加、性能不断提高,转子系统的振动特性越来越成为人们研究的焦点。含有齿轮传动的转子系统获得了广泛的应用,并已成为转子中重要的一个研究领域。在大型旋转机械中,转子系统是其中最为关键的部件,对转子轴系振动特性的分析一直都是该领域研究的必要问题之一。国内外的研究表明,对于耦合系统弯扭特性的研究还不是很透彻,有待于进一步研究,对这一问题的研究成果将对弯扭耦合振动故障的判别具有指导意义。本文主要研究内容如下：首先介绍了现有转子系统动力特性的常用计算方法,建立了斜齿轮的动力学模型,并简单介绍了有限元的基本理论基础。根据有限元法的基本划分原理,利用MATLAB的强大绘图功能,通过编程,实现了单轴和多轴单元划分的二维直观图,并标记出质量点的位置以及支承的位置,多轴的单元图还标记出了相啮合两轴的啮合位置。其次,对某转子系统进行了详细的模态分析,研究了其固有特性的变化,得出了耦合系统中出现的新频率以及新频率的变化特征；并研究了啮合刚度以及支承刚度对耦合系统固有频率的影响。在上述分析基础上,对系统进行不平衡响应分析,得到了系统在不同加载方式下的振动响应情况,并对系统啮合力的变化进行了比较详细的分析,得到了系统啮合力随速度、传递误差以及不平衡量变化的变化规律。分析表明,传递误差和速度对系统的啮合力影响较大,传递误差并非越小越好,因此齿轮系统设计时要做好传递误差的优化工作；不平衡量的变化对系统啮合力的影响相对较小,正常工作条件下,不平衡量越小越好。最后,对系统的启机和停机特性进行了分析,分别分析了系统在定加速度和变加速度的启机和停机特性。研究表明,加速度的选取对启停机过程有着重要的影响,选择适当的启动及停机加速度,不仅可以越过某些临界转速,还可以略微减小振动的幅值,从而延长设备的使用寿命。此外,研究还表明,启停机产生振幅的时问所对应的频率均与之前章节中的频率相吻合,表明这部分分析在理论上是合理的。

论文目录

• 附件
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 转子系统动力学研究现状
• 1.2.2 含齿轮耦合的多转子系统动力学研究现状
• 1.2.3 目前研究存在的问题
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 转子—轴承系统的数值研究方法
• 2.1 概述
• 2.2 常用的数值求解方法
• 2.3 有限元理论
• 2.4 可倾瓦轴承力学模型
• 2.5 齿轮模型
• 2.5.1 两平行轴齿轮动力学模型
• 2.5.2 多平行轴齿轮动力学模型
• 2.6 本章小结
• 第三章 平行轴系转子系统的固有特性分析
• 3.1 概述
• 3.2 有限元的MATLAB实现
• 3.2.1 单轴的MATLAB界面实现
• 3.2.2 多轴的MATLAB界面实现
• 3.3 固有特性的计算
• 3.3.1 转子质量离散化及单元分析
• 3.3.2 临界转速的计算
• 3.4 临界转速实例计算
• 3.4.0 结构参数
• 3.4.1 单转子系统的临界转速
• 3.4.2 多转子系统的临界转速
• 3.5 本章小结
• 第四章 平行轴系转子系统的不平衡响应分析
• 4.1 概述
• 4.2 齿轮转子系统的动力学模型的建立
• 4.2.1 结构参数
• 4.2.2 动力学模型
• 4.3 单转子的不平衡响应实例计算
• 4.3.1 不同工况时的不平衡响应
• 4.3.2 不同转速下的不平衡响应
• 4.4 耦合系统的不平衡响应计算
• 4.4.1 不同工况时的不平衡响应
• 4.4.2 不同转速下的不平衡响应
• 4.5 本章小结
• 第五章 平行转子系统啮合力及启停机状态分析
• 5.1 概述
• 5.2 系统啮合力的研究
• 5.2.1 旋转速度对系统啮合力的影响
• 5.2.2 传递误差对系统啮合力的影响
• 5.2.3 定转速下不平衡量对啮合力的影响
• 5.3 启机过程的研究
• 5.3.1 定加速度启机过程的研究
• 5.3.2 变加速度的启机过程研究
• 5.4 停机过程的研究
• 5.4.1 正常停机过程研究
• 5.4.2 不同停机时间下的停机过程研究
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢