柔性转子平衡及转子动力学特性的研究

论文摘要

旋转部件广泛地应用于燃气轮机、航空发动机、工业压缩机及各种电动机等机械装置中。在电力、航空、机械、化工、纺织等国民经济领域中起着非常重要的作用。由于转子的振动,造成了工程上很多不必要的损失,而不平衡是造成振动和产生噪声的主要原因之一,也直接影响设备的工作性能和使用寿命。因此,研究转子的动平衡具有重要的理论意义和实用价值。本文以空调压缩机的转子为工程背景进行研究了柔性转子的动平衡及动力特性。首先介绍了怎样合理地建立空调压缩机转子的有限元模型,并且怎样用试验的手段提取定子的质量属性,以及怎样计算磁场刚度进行了比较深入的研究,为建立合理的有限元模型奠定了基础；其次,为了说明建立转子有限元模型的合理性,对转子模型进行了理论分析与计算,在Bently转子试验台上进行了试验,并且利用该转子模型在有限元MSC.Nastran软件里进行了计算,从理论计算值、试验值和有限元软件计算的结果中看出,其三者的结果是非常接近的,从而相互验证了其结果的可信度,说明可以利用有限元的手段来研究转子动力学；然后,介绍转子做动平衡常用的两种方法：模态平衡法和影响系数法,并且针对本文所研究的空调压缩机的转子说明了为什么要选用影响系数法；最后,针对空调压缩机的转子利用有限元的手段研究了其动平衡的过程,这里转子动平衡的过程是基于转子动力学的有限元法和影响系数法的数值仿真。由于空调压缩机的转子系统由柔性旋转部分转子和非旋转部分定子组成,它们都固定在悬架上。固定在轴承上的旋转部分以恒定的速度旋转,这里假定不平衡的质量计算的相对比较准确,比如曲轴等,从而可以比较准确的计算激振力。就压缩机的转子而言,本文研究表明对转子上的目标面做动平衡可以减小转子的振动等级,转子的振动等级的减少不仅可以避免转子和定子的相互摩擦,还可以减小由转子向定子传递的振动。本所做的研究主要是基于转子动力学理论和有限元的基础上,其结果的可行性还需要在试验来验证其合理性,但是本文的计算结果为试验提供了一定的参考价值并指明了方向,可以直接应用于实际工业的实际生产中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文选题的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 转子系统有限元模型的建立及应用
• 2.1 一般转子系统的有限元模型
• 2.2 滚动转子压缩机的简介
• 2.3 滚动转子压缩机的机械结构模型和有限元的模型
• 2.3.1 滚动转子压缩机的机械结构模型
• 2.3.2 滚动转子压缩机的有限元的模型
• 2.4 滚动转子压缩机定子质量属性的计算
• 2.5 滚动转子压缩机中磁场力刚度的计算
• 2.6 滚动转子压缩机中滑动轴承刚度和阻尼的计算
• 2.7 本章小结
• 第3章 转子动力学特性的研究
• 3.1 有限元法计算临界转速
• 3.2 MSC.Nastran计算临界转速的方法
• 3.3 用实验测量系统的临界转速
• 3.4 结果对比分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 滚动压缩机转子系统有限元的仿真
• 4.1 转子中不平衡的来源
• 4.2 转子动平衡的基本原理
• 4.3 转子动平衡的方法
• 4.3.1 模态平衡法
• 4.3.2 影响系数平衡法
• 4.4 转子系统的模型和参数
• 4.5 转子系统临界转速的计算
• 4.6 转子系统初始不平衡量的响应
• 4.7 第一次加试重
• 4.8 第二次加试重
• 4.9 校正质量的计算
• 4.10 加上校正质量后的仿真结果
• 4.11 仿真结果的比较
• 4.12 本章小结
• 第5章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间曾发表论文