轉(zhuǎn)子-葉片-機(jī)匣系統(tǒng)葉尖碰摩動力學(xué)特性研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子葉尖與機(jī)匣內(nèi)壁之間的距離稱為葉尖間隙，是影響旋轉(zhuǎn)機(jī)械性能的重要參數(shù)之一，為了減少其內(nèi)部的介質(zhì)泄露以及提高旋轉(zhuǎn)機(jī)械的工作效率，就要使轉(zhuǎn)子葉尖徑向間隙盡可能小，這樣容易使葉尖與機(jī)匣內(nèi)壁發(fā)生碰摩。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)靜件碰摩故障是一個高度非線性的動力學(xué)現(xiàn)象，因此研究碰摩對局部或者整體的損傷以及動力學(xué)特性的影響都具有十分重要的意義。本文主要以轉(zhuǎn)子-葉片-機(jī)匣系統(tǒng)為研究對象，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)值仿真及模型試驗，研究了葉尖與機(jī)匣碰摩導(dǎo)致

2、的復(fù)雜非線性動力學(xué)特性。論文的主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)以轉(zhuǎn)子-葉片耦合系統(tǒng)為研究對象，獲得系統(tǒng)的動能和勢能，并結(jié)合假設(shè)模態(tài)法及Hamilton變分原理推導(dǎo)出系統(tǒng)的運動微分方程。模型中采用Timoshenko梁來模擬葉片，并考慮了葉片的離心剛化、旋轉(zhuǎn)軟化、科氏力等旋轉(zhuǎn)效應(yīng);將圓盤假設(shè)為剛性圓盤，采用集中質(zhì)量模型來模擬圓盤;采用有限元模型模擬轉(zhuǎn)軸，每個單元節(jié)點有6個自由度。
　　(2)從轉(zhuǎn)子-葉片系統(tǒng)靜止?fàn)顟B(tài)下固有特性、旋

3、轉(zhuǎn)狀態(tài)下固有特性和振動響應(yīng)等方面出發(fā)，與現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子-葉片系統(tǒng)試驗臺模態(tài)測試結(jié)果、有限元模型結(jié)果以及現(xiàn)有文獻(xiàn)結(jié)果對比，驗證本文模型的有效性，并討論了葉片數(shù)和葉片安裝角對固有特性的影響。研究結(jié)果表明:隨著轉(zhuǎn)速的增加，系統(tǒng)會出現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)向和振型轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象;在轉(zhuǎn)子-葉片耦合系統(tǒng)中，葉片彎曲相關(guān)的耦合模態(tài)階數(shù)與葉片個數(shù)相同;隨著葉片安裝角的變化，葉片與轉(zhuǎn)子的耦合模態(tài)也會發(fā)生變化。
　　(3)考慮機(jī)匣與轉(zhuǎn)子-葉片不同心，研究機(jī)匣偏置引起的局部碰

4、摩下單葉片和多葉片的碰摩響應(yīng)。具體從碰摩力模型、轉(zhuǎn)速、機(jī)匣質(zhì)量、機(jī)匣剛度、葉片數(shù)等參數(shù)對碰摩響應(yīng)的影響做了分析和討論。研究結(jié)果表明:單葉片碰摩時，系統(tǒng)響應(yīng)的頻率成分為轉(zhuǎn)頻和倍頻，且在接近系統(tǒng)固有頻率處有幅值放大現(xiàn)象;多葉片碰摩時，在葉片通過頻率及其倍數(shù)頻處也出現(xiàn)了幅值放大現(xiàn)象。
　　(4)搭建轉(zhuǎn)子-葉片-機(jī)匣碰摩試驗臺，通過模型試驗結(jié)合仿真分析，研究了碰摩時系統(tǒng)的動力學(xué)特性。研究表明:轉(zhuǎn)軸水平方向位移的頻譜中，由于轉(zhuǎn)子-葉片的耦合