不對中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)機理及其振動特性研究.pdf

1、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)作為旋轉(zhuǎn)機械的核心部件，經(jīng)常發(fā)生不平衡、不對中、碰摩、油膜振蕩、轉(zhuǎn)軸裂紋、基座松動等故障，這些故障會導(dǎo)致嚴重的異常振動，引起災(zāi)難性的后果。其中，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不對中故障發(fā)生的概率僅次于不平衡，是最常發(fā)生的第二大類故障。不對中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)會引起旋轉(zhuǎn)機械振動過大，引發(fā)軸承負荷不均衡、軸承過度磨損、聯(lián)軸器過早失效以及軸撓曲變形加劇等一系列問題。不對中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)機理問題目前還沒得到有效解決，特別是涉及到滾動軸承不對中、套齒聯(lián)軸器不對中的轉(zhuǎn)子

2、系統(tǒng)動力學(xué)機理問題。同時，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固有特性和振動響應(yīng)會受到不對中因素的顯著影響，需要開展深入的理論和試驗研究。因此，不對中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)機理問題及其振動特性研究是目前理論和工程技術(shù)領(lǐng)域的重要課題之一。
　　本文針對帶有滾動軸承不對中的二支點轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、帶有套齒聯(lián)軸器不對中的三支點轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，開展不對中環(huán)節(jié)的動力學(xué)建模、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)建模、基于有限元的數(shù)值仿真計算、基于模型試驗臺的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動測試試驗等基礎(chǔ)理論研究工作，本文所完成

3、的主要內(nèi)容如下：
　　(1)針對帶有角接觸球軸承支承的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，考慮結(jié)構(gòu)安裝存在的軸承偏置因素，基于Hertz接觸理論，引入了對中表征參量平移量和角度偏轉(zhuǎn)量，分別建立了在正常狀態(tài)下和不對中狀態(tài)下的滾動軸承5自由度剛度解析模型，分析了不對中表征參量對滾動軸承剛度特性的影響規(guī)律。通過滾動軸承有限元計算和靜止態(tài)滾動軸承剛度測試進行了對比驗證。
　　(2)提出了基于Lagrange能量法的帶有滾動軸承不對中的兩支點轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)建

4、模方法，模型中引入了考慮不對中因素的5自由度滾動軸承剛度模型。基于該解析模型分析了滾動軸承不對中的激振機理，獲得了兩支點轉(zhuǎn)子系統(tǒng)滾動軸承不對中引起的附加激勵力。進行該系統(tǒng)振動響應(yīng)的仿真分析，獲得了軸承不對中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固有頻率和振動響應(yīng)的變化規(guī)律。
　　(3)提出了帶有滾動軸承不對中的二支點不對中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的有限元建模方法，進行轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動響應(yīng)仿真分析，獲得了滾動軸承不對中對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動的時頻響應(yīng)和軸心軌跡，并通過試驗進行了對比分析，

5、角度不對中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)都表現(xiàn)出明顯的軸向振動特征。
　　(4)根據(jù)套齒聯(lián)軸器的套齒嚙合和軸向接觸等典型結(jié)構(gòu)特征，建立了考慮橫向剛度、彎曲剛度和軸向剛度的套齒聯(lián)軸器5自由度剛度模型?；贚agrange能量法推導(dǎo)了帶有套齒聯(lián)軸器不對中的三支點轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的解析模型?；谠摻馕瞿Ｐ?，分析了套齒聯(lián)軸器不對中對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的激振原理。進行該轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動響應(yīng)的仿真分析，兩個轉(zhuǎn)子的振動呈現(xiàn)不同的規(guī)律，不對中長軸表現(xiàn)出顯著的二倍頻成分和復(fù)雜的振動行為，特別

6、是套齒聯(lián)軸器不對中造成了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)強烈的軸向振動。
　　(5)提出了帶有套齒聯(lián)軸器不對中的三支點轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的有限元建模方法。進行轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動響應(yīng)的數(shù)值仿真分析，結(jié)果表明，不對中長軸受不對中的影響更顯著。所得結(jié)果與模型實驗臺測試結(jié)果進行了對比分析，具有相似的二倍頻振動特征和軸向振動特征。
　　本文針對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不對中問題，從解析分析、有限元仿真分析和試驗驗證三個層面，開展了滾動軸承不對中和聯(lián)軸器不對中的動力學(xué)機理與振動特性的研究工