带有不对中故障的双跨三支点转子系统的振动特性分析与实验

论文摘要

旋转机械如航空发动机、汽轮机、压缩机、风机、水泵等作为工业部门中应用最为广泛的一类机械设备,在现代工业生产领域中发挥着重要作用。转子系统作为旋转机械的核心部件,在发生故障时,会出现复杂的振动现象,影响设备正常运行,有时甚至会发生严重事故。在转子系统的振动故障中,大约有60%的故障与不对中有关。在工程实际中,引起不对中故障的原因有很多。转子系统出现不对中后,在其运行过程中将产生一系列不利于设备运行的动态效应,引起设备的振动、联轴器的偏转、轴承的磨损、油膜失稳和轴的挠曲变形等,对系统的稳定运行危害极大。因此,对转子系统的不对中故障机理和振动特征进行研究,对于快速有效地识别该类故障具有重要的现实意义。本文运用转子动力学的有限元理论,用数值分析和实验方法研究了弹性联接双跨三支点转子系统存在不对中故障的振动特性。具体内容如下：(1)介绍转子系统有限元动力学建模的基本理论,以及基于有限元法进行转子系统模态分析的相关理论；(2)参考双跨三支点转子实验台,建立双跨三支点转子系统的力学模型。分别通过MATLAB和有限元软件ANSYS计算其固有频率及相应的振型,同时计算了考虑陀螺效应的系统临界转速,并对其特点进行对比分析；(3)建立考虑不平衡故障的系统动力学方程,给出不平衡激励力的表达式,在不同转速下,对圆盘处具有偏心质量的双跨三支点转子系统的振动响应进行仿真计算,得到系统各测点的弯曲振动响应；(4)建立具有不平衡质量的转子系统的不对中故障的动力学方程,推导了不对中激励力的表达式,计算了相同不平衡质量条件下,不对中量对系统弯曲振动响应的影响,及不对中量的变化对其振动响应的影响规律。(5)建立双跨三支点转子系统不对中故障实验台,通过实验验证不对中对系统弯曲振动响应的影响规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本文的研究背景和研究意义
• 1.2 国内外不对中故障转子研究现状
• 1.2.1 轴承不对中故障
• 1.2.2 联轴器不对中故障
• 1.3 本文主要内容
• 第2章 转子系统的有限元建模与模态分析
• 2.1 转子系统有限元动力学建模
• 2.2 转子系统模态分析的有限元理论
• 2.2.1 转子系统固有频率
• 2.2.2 转子系统临界转速
• 2.3 转子系统固有特性及临界转速计算
• 2.3.1 转子系统固有频率计算
• 2.3.2 转子系统临界转速计算
• 2.4 基于ANSYS的转子系统固有特性及临界转速计算的结果确认
• 2.4.1 转子系统固有频率计算结果比较
• 2.4.2 转子系统临界转速计算结果比较
• 2.5 本章小结
• 第3章 双跨三支点转子系统不平衡响应分析
• 3.1 基于有限元模型的转子系统振动响应的直接积分法
• 3.1.1 带不平衡量的转子系统模型
• 3.1.2 基于有限元模型的转子系统振动响应的直接积分法
• 3.2 双跨三支点转子系统的不平衡响应计算结果
• 3.2.1 计算参数
• 3.2.2 不同转速下的转子系统的振动响应
• 3.3 本章小结
• 第4章 双跨三支点转子系统不对中故障建模
• 4.1 转子系统不对中故障概述
• 4.2 转子系统不对中故障有限元建模
• 4.2.1 双跨三支点转子系统不对中形式
• 4.2.2 不对中故障力的表达式
• 4.3 本章小结
• 第5章 不对中转子系统的振动响应分析
• 5.1 双跨三支点转子系统不对中故障的模型
• 5.2 不对中转子系统的振动响应
• 5.2.1 不对中对转子系统响应的影响
• 5.2.2 不同不对中量时的转子系统的振动响应比较
• 5.3 本章小结
• 第6章 双跨三支点转子系统不对中实验分析
• 6.1 实验系统简介
• 6.1.1 实验台概述
• 6.1.2 实验测试分析系统
• 6.2 实验方法
• 6.3 实验步骤
• 6.4 实验结果分析
• 6.4.1 健康状态下的实验结果
• 6.4.2 不对中状态下的实验结果
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 轴段单元相关公式