不對(duì)中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)機(jī)理及其振動(dòng)特性研究.pdf

1、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的核心部件，經(jīng)常發(fā)生不平衡、不對(duì)中、碰摩、油膜振蕩、轉(zhuǎn)軸裂紋、基座松動(dòng)等故障，這些故障會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的異常振動(dòng)，引起災(zāi)難性的后果。其中，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不對(duì)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(duì)中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)會(huì)引起旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)過(guò)大，引發(fā)軸承負(fù)荷不均衡、軸承過(guò)度磨損、聯(lián)軸器過(guò)早失效以及軸撓曲變形加劇等一系列問(wèn)題。不對(duì)中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)機(jī)理問(wèn)題目前還沒(méi)得到有效解決，特別是涉及到滾動(dòng)軸承不對(duì)中、套齒聯(lián)軸器不對(duì)中的轉(zhuǎn)子

2、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理問(wèn)題。同時(shí)，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固有特性和振動(dòng)響應(yīng)會(huì)受到不對(duì)中因素的顯著影響，需要開(kāi)展深入的理論和試驗(yàn)研究。因此，不對(duì)中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)機(jī)理問(wèn)題及其振動(dòng)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(duì)帶有滾動(dòng)軸承不對(duì)中的二支點(diǎn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、帶有套齒聯(lián)軸器不對(duì)中的三支點(diǎn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，開(kāi)展不對(duì)中環(huán)節(jié)的動(dòng)力學(xué)建模、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模、基于有限元的數(shù)值仿真計(jì)算、基于模型試驗(yàn)臺(tái)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)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(duì)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(duì)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(duì)中狀態(tài)下的滾動(dòng)軸承5自由度剛度解析模型，分析了不對(duì)中表征參量對(duì)滾動(dòng)軸承剛度特性的影響規(guī)律。通過(guò)滾動(dòng)軸承有限元計(jì)算和靜止態(tài)滾動(dòng)軸承剛度測(cè)試進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。
　　(2)提出了基于Lagrange能量法的帶有滾動(dòng)軸承不對(duì)中的兩支點(diǎn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建

4、模方法，模型中引入了考慮不對(duì)中因素的5自由度滾動(dòng)軸承剛度模型。基于該解析模型分析了滾動(dòng)軸承不對(duì)中的激振機(jī)理，獲得了兩支點(diǎn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)滾動(dòng)軸承不對(duì)中引起的附加激勵(lì)力。進(jìn)行該系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)的仿真分析，獲得了軸承不對(duì)中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固有頻率和振動(dòng)響應(yīng)的變化規(guī)律。
　　(3)提出了帶有滾動(dòng)軸承不對(duì)中的二支點(diǎn)不對(duì)中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的有限元建模方法，進(jìn)行轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)仿真分析，獲得了滾動(dòng)軸承不對(duì)中對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)的時(shí)頻響應(yīng)和軸心軌跡，并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比分析，

5、角度不對(duì)中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)都表現(xiàn)出明顯的軸向振動(dòng)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(duì)中的三支點(diǎn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的解析模型。基于該解析模型，分析了套齒聯(lián)軸器不對(duì)中對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的激振原理。進(jìn)行該轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)的仿真分析，兩個(gè)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)呈現(xiàn)不同的規(guī)律，不對(duì)中長(zhǎng)軸表現(xiàn)出顯著的二倍頻成分和復(fù)雜的振動(dòng)行為，特別

6、是套齒聯(lián)軸器不對(duì)中造成了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)強(qiáng)烈的軸向振動(dòng)。
　　(5)提出了帶有套齒聯(lián)軸器不對(duì)中的三支點(diǎn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的有限元建模方法。進(jìn)行轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)的數(shù)值仿真分析，結(jié)果表明，不對(duì)中長(zhǎng)軸受不對(duì)中的影響更顯著。所得結(jié)果與模型實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，具有相似的二倍頻振動(dòng)特征和軸向振動(dòng)特征。
　　本文針對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不對(duì)中問(wèn)題，從解析分析、有限元仿真分析和試驗(yàn)驗(yàn)證三個(gè)層面，開(kāi)展了滾動(dòng)軸承不對(duì)中和聯(lián)軸器不對(duì)中的動(dòng)力學(xué)機(jī)理與振動(dòng)特性的研究工