齿轮传动的转子系统的动力学分析

论文摘要

汽动引风机在电力、交通、军工、化工、石油都占有十分重要的地位。转子是引风机组中的关键部件。汽动引风机组的转子的振动主要有弯曲振动和扭转振动。以往人们总是将这两种振动形态分开去研究,一般认为这两种运动之间没有必然联系且互不影响,而且以往大部分的研究是探讨弯曲振动。如果将两种运动分开来研究,可以从线性化的角度去分析它们,公式推导简单,思路清晰,易于理解。但是实际情况要复杂得多,这两种振动同时存在于旋转机械的转子上,并且互相耦合,单纯的从线性角度分析已经远不适用,必须利用非线性动力学去探讨和研究。随着汽动引风机组容量的不断增大,机组轴系不断加长,扭转刚度降低,工作运行时间也在增加,转子部分多数会有质量偏心现象,使得转子轴系的弯曲振动和扭转振动的耦合作用明显增强。实践证明,研究弯扭耦合振动能够更加全面地了解轴系的动力学特性,也会很大程度地有利于机组的安全运行和故障诊断。转子动力学在国内外是一门非常活跃的学科,它是研究所有与旋转机械转子及其部件和结构有关的动力学特性,包括动态响应、振动、强度、疲劳、稳定性、可靠性、状态监测、故障诊断和控制等学科。其主要内容包括：转子系统的动力学建模与分析计算方法；转子系统的临界转速、振型与不平衡响应；支撑转子的各类轴承的动力学特性；转子系统的稳定性分析；转子平衡技术；转子故障机理、动态特性、监测方法和诊断技术；转子系统的非线性振动、分叉和混沌等等。因此,对转子动力学的研究具有重要的理论意义和实用价值。本文对百万千瓦电站汽动引风机组齿轮轴系动态特性进行了研究,对引风机组轴系进行了弯曲振动分析,扭转振动分析,弯扭耦合振动分析,转子系统的临界转速、振型,谐响应与非线性响应分析,利用大型有限元分析软件ANSYS对转子动力学的动态参数进行计算,达到课题要求的模拟百万千瓦汽动引风机组齿轮轴系的动态特性,为转子系统的进一步设计与实验提供依据和基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 背景及选题的目的与意义
• 1.2 相关领域的研究状况
• 1.2.1 转子轴系弯扭振动的发展概况
• 1.2.2 转子动力学的发展概况
• 1.2.3 研究转子动力学的主要内容和方法
• 1.3 对轴系的计算和分析方法
• 1.4 本文的研究目标和内容
• 第二章 汽动引风机组齿轮轴系模型的建立
• 2.1 轴系的组成
• 2.2 轴系建模的理论基础
• 2.2.1 单圆盘转子的振动
• 2.3 引风机轴系有限元模型的建立
• 2.3.1 转子轴段单元的力学模型与建模方法
• 2.3.2 轴段上附加质量的建模方法
• 2.3.3 联轴器的建模方法
• 2.3.4 齿轮啮合部位的建模方法
• 2.3.5 支撑部位的建模方法
• 2.4 轴系转子系统的有限元划分及情况
• 2.5 本章小结
• 第三章 引风机组齿轮转子系统的模态分析
• 3.1 模态分析理论
• 3.2 转子系统的固有频率和振型
• 3.2.1 纯扭转振动分析
• 3.2.2 纯弯曲振动分析
• 3.3 弯扭耦合振动分析
• 3.4 弯扭耦合对转子系统的动态特性的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 稳态不平衡作用下的响应
• 4.1 概述
• 4.2 谐响应分析的基础理论
• 4.3 谐响应分析的计算结果与分析
• 4.3.1 多种因素综合作用时谐响应分析
• 4.3.2 阻尼对谐响应的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 引风机轴系非线性响应分析
• 5.1 引言
• 5.2 非线性数值分析方法介绍
• 5.2.1 转子-轴承-齿轮-联轴器系统的动力学微分方程
• 5.2.2 多自由度动力系统的降维处理
• 5.2.3 大型非线性系统的求解方法
• 5.3 齿轮啮合非线性分析
• 5.4 碰摩故障下非线性响应分析
• 5.4.1 碰摩故障引起的刚度变化
• 5.4.2 碰摩间隙对整机非线性响应的影响
• 5.4.4 碰摩刚度对整机非线性响应的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢