轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不對中故障的振動(dòng)特性分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵等旋轉(zhuǎn)機(jī)械，在國防、能源、電力、交通和化工等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用并發(fā)揮著重要的作用。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的重要組成部分，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性決定著旋轉(zhuǎn)機(jī)械的工作性能和結(jié)構(gòu)安全。以航空發(fā)動(dòng)機(jī)為代表的復(fù)雜而重要的旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝備，有許多因素特別是多種故障因素都會(huì)造成其劇烈振動(dòng)。在工程實(shí)際中，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的不對中故障是非常普遍的，不對中故障占到了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障的60％以上。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不對中故障將導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生軸向、徑向交

2、變力，進(jìn)而引起軸向振動(dòng)和徑向振動(dòng)，振動(dòng)會(huì)隨不對中嚴(yán)重程度的增加而增大。當(dāng)不對中量超差過大時(shí)，會(huì)對設(shè)備造成一系列有害的影響，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成威脅，嚴(yán)重時(shí)將造成災(zāi)難性事故。
　　本文主要研究的是旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不對中故障的振動(dòng)特性問題，即運(yùn)用轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)理論和有限元理論，用數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)方法研究了單跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、串聯(lián)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)存在不對中故障時(shí)的振動(dòng)特性。本文的工作主要包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)介紹了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)

3、力學(xué)的基本理論，以及基于有限元法進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析時(shí)所需的算法原理及實(shí)現(xiàn);
　　(2)建立了單跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的力學(xué)模型，用有限元法對不同不對中程度和不同轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了仿真分析;建立了單跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不對中故障實(shí)驗(yàn)臺，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了仿真結(jié)果的合理性;
　　(3)建立了考慮不對中故障的串聯(lián)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的故障動(dòng)力學(xué)方程，詳細(xì)推導(dǎo)了不對中激勵(lì)力的表達(dá)式，對具有不對中故障的串聯(lián)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行數(shù)值仿真，模擬得到多種工

4、況下的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng);
　　(4)針對內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，詳細(xì)介紹了內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的有限元建模過程，并分析了內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子軸承耦合剛度和阻尼的計(jì)算方法。分別通過MATLAB和有限元軟件ANSYS計(jì)算了采用兩種不同支承形式的內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固有頻率和相應(yīng)的振型，并對其特點(diǎn)進(jìn)行了對比分析;
　　(5)推導(dǎo)出了內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)支承軸承和中介軸承不對中故障的動(dòng)力學(xué)模型，介紹了兩種不對中故障不對中力的計(jì)算方法，對不同故障程度不