大型通用机械转子—轴承系统的动力学分析

论文摘要

大型通用机械是国民经济中的重要装备,在能源、石化行业发挥着十分重要的作用。随着大型旋转机械向高速、重载、轻型化和自动化方向发展,带来了转子振动和稳定性问题,特别是流固热多物理场耦合问题。如何在现有技术上综合考虑多重场的激励特征,准确地预计系统的振动和稳定性,是学术界和工程界十分关心的问题。本文的目的是在现有研究基础上,分别研究转子-轴承系统各单元部分并对其进行合成,通过单元技术的合成,综合分析大型转子-轴承系统的动力学运行特征;编制快速的数值求解程序。根据不同润滑条件下转子-轴承系统的润滑特点,确定和选用合适的雷诺润滑方程,同时为了克服轴承润滑雷诺方程解析求解的缺点,采用数值差分法分析滑动轴承的动力润滑参数（刚度系数和阻尼系数）。对系统的转子部分采用有限单元法,分析大型转子的临界转速、主振型和不平衡响应。利用Matlab编制相应的计算程序,并验算例证。同时联系工程运用问题,运用自编的程序和商业通用工程软件ANSYS对某企业生产的泵转子湿态临界转速进行分析。具体工作内容包括:（1）综合前人的理论,建立起转子在不同转速条件,轴承润滑的条件下,该采用何种润滑方程。（2）用差分法求解雷诺润滑方程的润滑膜压力分布,然后依次求静压力（即承载力）、偏位角、小扰动范围内的8个刚度系数和阻尼系数。（3）建立起转子系统的有限元模型。（4）求解转子—轴承系统的临界转速、模态、不平衡响应等。分析计算结果,评判系统的稳定性,给出总结。（5）利用商业软件ANSYS分析某类水泵的湿态临界转速。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.2 转子动力学的发展状况
• 1.3 转子动力学的建模和计算方法简介
• 2.转子-轴承系统的润滑
• 2.1 轴承润滑形式
• 2.1.1 轴承润滑的形式的判别
• 2.1.2 Reynolds方程的无量纲化
• 2.2 轴承润滑膜雷诺方程的差分法求解
• 2.2.1 轴瓦润滑膜的离散化
• 2.2.2 差商表达式的导出
• 2.2.3 超松弛迭代法
• 2.2.4 Reynolds边界条件的的纳入
• 2.3 轴承润滑的静特征
• 2.3.1 润滑膜承载力的计算方法
• 2.3.2 偏位角的修正
• 2.4 轴承润滑的动特征
• 2.4.1 润滑膜的刚度和阻尼计算方法
• 2.4.2 扰动压力的求得
• 2.4.3 水润滑算例
• 3.基于有限元法的转子-轴承系统动力学分析
• 3.1 有限元方法的采用
• 3.1.1 转子-轴承系统有限元法的建立原则和过程简介
• 3.1.2 转子-轴承系统模型的有限元法简化
• 3.2 单元的运动方程
• 3.2.1 刚性圆盘的运动方程
• 3.2.2 Reyleigh梁-轴段单元运动方程
• 3.2.3 轴承单元的运动方程
• 3.3 转子-轴承系统的整体运动方程
• 3.4 转子-轴承系统动力学的计算
• 3.4.1 临界转速的计算
• 3.4.2 主振型的计算
• 3.4.3 转子-轴承系统稳定性的分析
• 3.4.4 转子-轴承系统不平衡响应的计算
• 3.5 本章小结
• 4 转子-轴承系统动力分析的MATLAB计算
• 4.1 润滑膜动力系数的程序设计与计算
• 4.2 本章小结
• 5 结合通用工程软件的转子-轴承系统动力分析
• 5.1 技术路线和有限元建模
• 5.2 临界转速计算结果与分析
• 5.3 模态分析
• 5.3.1 有油膜、有密封、有水状态
• 5.3.2 有油膜、无密封、无水状态
• 6 总结与期望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢