高速电机转子临界转速计算与振动模态分析

采用3D有限元方法,计算磁力轴承转子系统临界转速并分析振动模态,利用磁悬浮转子系统自身悬浮特性进行激振实验,确定有限元模型中磁力轴承支承刚度,有限元法计算的临界转速与转子系统实际运行临界转速相一致.研究表明,磁力轴承刚度对转子临界转速影响很大,可以通过改变磁力轴承刚度和转子材料来调整临界转速;为了避免转子超越弯曲模态的临界转速,转子轴伸长度应控制在安全范围内.     

碳纤维波纹管弯曲刚度的测量及有限元分析

飞轮存储动能正比于其转动惯量和角速度平方,使用碳纤维复合材料可有效提高转子线速度,而通过波纹管连接圆筒的多节式飞轮转子设计,不仅便于增大转动惯量,而且考虑到波纹管弯曲刚度对转子固有频率的影响,可实现在较低转速下过临界,增大工作转速范围。该文针对渐变铺层的碳纤维波纹管,通过轴向施力法测量其静态弯曲刚度,建立对应的有限元模型,计算不同载荷下线性和考虑几何非线性的弯曲刚度,并模拟不同下铺层的弯曲刚度。研究结果表明:波纹管弯曲刚度与载荷是非线性关系,载荷较大时测量值与理论值数量级一致,弯曲刚度随铺层数增多、轴向铺层比增加而增大,且受铺层次序影响。     

双转子多盘转子系统的动态特性

采用有限元法建立了双转子-轴承系统的动力学模型,计算分析了轴承支承刚度和内外转子的转速比对系统临界转速的影响,并对计算结果的正确性进行了验证.研究发现:各支承位置支承刚度的增大将使系统临界转速逐渐增大,当增大到一定程度时对临界转速的影响并不大,各支承刚度对各阶临界转速的影响程度并不一致;另外,中介轴承对系统临界转速的影响并不大;以内转子为主激励的同步反进动时,系统临界转速随着转速比的升高而降低,正进动临界转速随着转速比的升高而增大;而以外转子为主激励的同步反进动时的临界转速表现出相反的规律.     

分支结构参数变化对柔性转子动力特性的影响

针对动力涡轮转子中存在的悬臂分支结构,研究了柔性转子动力学特性随分支结构参数的变化。建立了带分支转盘系统的转子动力学模型,利用拉格朗日方程推导了其运动微分方程,采用数值方法对不同法兰盘偏置量、分支轴长度、弹性支承刚度下转子系统的临界转速、振型和不平衡响应进行了计算和比较。研究表明,改变分支结构参数对系统不同振型临界转速的影响不同,通过降低法兰盘偏置量、增大分支轴长度,可以显著地减小转子的弯曲临界转速,同时降低转子的抗弯刚度,造成涡轮盘处的不平衡响应增大。     

高速永磁电机转子关键性能研究

从电磁和机械两方面综合考虑,基于弹性力学理论,运用有限元分析方法建立护套和永磁体应力计算模型,计算永磁体和护套的基本尺寸和过盈量.并利用轴对称的有限元模型推算出转子系统的动力学方程,进而通过有限元仿真分析了转子临界转速和振动模态以及刚度对临界转速的影响.     

高速球轴承?转子系统动态性能的分析与优化

针对轴承刚度随转速呈非线性变化的特点,基于角接触球轴承拟静力学模型,考虑轴承内圈离心位移的影响,运用数值方法对轴承和轴承组的动刚度进行了计算。在此基础上,根据轴承-转子系统的有限元模型建立了动力学方程,并编制数值迭代程序求解其特征值,进而得到了系统的临界转速。由于转速对轴承(组)动刚度的影响,在每一次迭代计算中,需根据前次迭代计算出的临界转速求解前、后轴承(组)的动刚度,重建系统的有限元模型,因此结合Matlab优化工具箱,运用单纯形法对转子内径与轴承跨距进行了优化。分析结果表明:通过优化转子内径与轴承跨距,轴承-转子系统的一阶临界转速提高了7.65%,由于转速与内圈离心位移对轴承或轴承组动刚度的影响很大,因此在高速轴承-转子系统的动态分析中应考虑该影响因素。     

复合材料薄壁梁模态的有限元分析

采用有限元软件ANSYS对三闭室复合材料箱型薄壁梁以及复合材料翼型截面薄壁梁进行了模态分析.首先建立了复合材料薄壁梁的有限元模型,然后对这2种不同截面形状的薄壁梁分别进行了模态计算,讨论了铺层角度、长高比、宽高比对三闭室复合材料薄壁箱型梁的模态振型及固有频率的影响,并讨论了铺层角度、长度、铺层数对复合材料薄壁翼型梁的模态振型及固有频率的影响.     

基于轴承动刚度的电主轴动态特性影响因素分析

目的研究不同条件下角接触轴承动刚度对电主轴动态特性的影响,为优化主轴动态特性提供理论支持.方法基于拟动力学研究方法求解角接触轴承动态性能,建立电主轴转子系统有限元模型分析不同轴承滚珠材料和预紧力对轴承动刚度及电主轴动态特性的影响.结果钢球轴承刚度小于陶瓷球轴承,且随着转速提高,钢球轴承刚度下降较快;装配陶瓷球轴承电主轴一阶固有频率较高,工作端位移较小;随着预紧力提高,角接触轴承刚度软化效应减弱,主轴固有频率增大,轴端位移减小.结论改用陶瓷滚珠或者适当提高预紧力都能有效改善轴承动力学特性,提高电主轴固有频率,使得主轴动态特性得到优化.     

齿轮轴系弯扭耦合振动特性

以某大型压缩机转子系统为研究对象,计及机组和支承的弹性变形和齿轮的时变啮合刚度,结合转子动力学,建立了齿轮转子系统的有限元模型,综合分析了齿轮转子系统的弯扭耦合振动特性.探讨了膜片联轴器、啮合刚度以及支承刚度、支承阻尼对齿轮转子系统固有频率和稳定性的影响.结果表明,啮合刚度对系统临界转速的影响不大,而对系统处于高阶模态时的稳定性影响较显著;膜片联轴器的中间轴段质量、膜片数目、膜片厚度等以及支撑的刚度、阻尼对系统的临界转速和稳定性都有一定的影响.     

冷压缩机用局部中空薄壁转子动态特性分析

为了减小轴向的热传递,应用于超流氦低温制冷系统的冷压缩机转子采用局部中空薄壁的结构型式。为保证该转子系统在高速运行时的稳定性,利用有限元分析软件ANSYS对某中空薄壁结构型式冷压缩机转子进行模态以及不平衡响应分析,同时探讨了所采用的电磁轴承的刚度与阻尼比对转子动态特性的影响。结果表明,与一般实心结构转子相比,采用局部中空薄壁结构的冷压缩机转子低阶刚性临界转速及其峰值振幅几乎相同;但高阶弯曲型临界转速大幅下降,峰值振幅大幅提高,同时大幅振动所对应的频域更宽;并且对于叶轮端的平衡品质等级和不平衡量位置尤其敏感。采用的中空薄壁转子在一定的电磁轴承的刚度与阻尼比范围内可以实现所要求的动态特性。     

唇形密封圈对轴承转子动力学性能的影响

采用传递矩阵法构建了转子-轴承-密封系统的动力学模型,并建立了唇形密封圈径向刚度、油膜刚度和油膜阻尼的计算方法。以某核电站离心风机转子为研究对象,计算并分析了转子-轴承-密封系统弯曲振动的固有频率、阻尼衰减因子、模态振型和不平衡响应,以及唇形密封圈过盈量和轴偏心量对离心风机轴承-转子-密封系统动力学性能的影响,为转子-轴承-密封系统动力学性能的研究提供理论依据。     

柔性转子系统动力特性分析及实验研究

为了研究高速柔性转子系统工作时发生共振的可能性、工作状态的安全性及改善柔性转子系统振动过大的优化方法,采用有限元分析软件ANSYS,针对支承方案为1-0-1的双盘柔性转子系统,通过参数化建模的方法,建立动力学模型并进行模态分析、谐响应分析以及加速情况下的瞬态响应分析,得到该柔性转子系统的固有频率、临界转速、振型以及跨一阶临界转速时的转盘振幅和支承处的支反力,并在高速柔性模拟转子实验器上进行了瞬态实验。结果表明:理论分析与实验结果相符,转子系统有限元模型分析结果能正确反映实际转子系统的真实动力特性。研究对认识复杂转子系统的全工况动力特性以及柔性转子系统减振优化设计均具有积极意义。     

弹性环式支承结构动刚度分析及其对转子系统的影响

针对用于航空发动机转子系统中的弹性环式支承结构刚度特性问题,开展其动刚度分析和实验测试以及其对转子系统固有特性影响分析研究.首先,建立弹性环式支承结构有限元模型,对其动刚度进行计算,并进行动刚度测试与验证,经实验所得测试结果与仿真计算的结果趋势一致,证明了对弹性环式支承结构的动刚度分析方法的有效性.然后,建立了带弹性环式支承结构的转子系统有限元模型,研究了转子系统在静刚度和动刚度条件下对临界转速的影响.结果表明,弹性环式支承结构动刚度对临界转速的影响较为明显,其中一阶临界转速降低了26%,且产生了新的共振频率,因此分析转子系统固有特性时应充分考虑支承结构的动刚度影响.     

紊流滑动轴承-转子系统的稳定性

在轴承-转子系统中,由于转子尺寸的不断增大和线速度的不断提高,使得大部分轴承在紊流工况下运行。为分析轴承-转子动力学的稳定性,本文采用无限长滑动轴承模型假设,结合Sommerfeld变换,获得了紊流工况下非线性油膜力,建立了紊流滑动轴承支承的转子系统的动力学模型,运用Routh-Hurwitz判据分析了轴承-转子系统的稳定性,研究了紊流效应对紊流滑动轴承的刚度系数、阻尼系数、转子临界转速和在临界转速下转速频率比的影响。     

整体齿轮增速式离心压缩机振动耦合动力特性研究

以一台在役的六级整体齿轮增速式离心压缩机为研究对象,基于转子动力学和齿轮动力学理论,建立了全自由度齿轮-轴承-转子耦合系统有限元模型。计算了考虑齿轮啮合接触的转子系统固有频率、模态振型和不平衡响应,得出了这种复杂轴系的模态特征与振动传递特性。在此基础上,研究了不同支撑型式下转子振动响应特性,并探讨了齿轮螺旋角对转子振动的影响。研究结果表明,耦合轴系的固有频率和不平衡响应峰值都有所增大;转子系统在可倾瓦轴承支撑下,无论过临界还是工作转速振动幅值均较低;当齿轮螺旋角为15°时,转子振动幅值最小。     

含螺栓联接的转子系统轴向刚度不确定性分析

转子系统中螺栓联接结构轴向联接刚度的不确定性对转子系统动力学特性具有重要影响,为此,在构建螺栓联接结构有限单元基础上,建立了转子系统整体有限元模型,采用非嵌入多项式混沌展开法分析轴向联接刚度不确定性对转子系统动力学特性的影响.结果表明:轴向联接刚度在一定范围内变化会导致临界转速及临界转速对应的稳态响应幅值偏离预期,随着轴向刚度不确定性的标准差增大,盘竖直方向稳态响应均值降低.研究结果可为螺栓联接转子的设计提供理论参考.     

转子系统状态矩阵与稳定性分析

建立了考虑机匣弹性和陀螺力矩以及轴承回转动力激励时的悬臂双盘转子系统的动力学模型和运动微分方程.根据稳定性理论,由状态矩阵特征值的性质,分析了一些结构参数对转子系统稳定性的影响.结果表明:轴承回转动力激励、轴承刚度和转速对系统稳定性均有较大的影响;增大阻尼和机匣刚度对系统稳定运行有利;存在一个临界轴承刚度,当轴承刚度大于临界轴承刚度时,系统存在运动稳定区域,否则系统不存在运动稳定区域.     

轴承预紧力对风电主轴动态特性影响的仿真分析

轴承预紧力对风电机组主轴的动态特性有着重要的影响。首先,建立了预紧力与主轴系统的关联关系,并计算了不同预紧力对应的轴承刚度值,进而分析预紧力与刚度之间的关系。然后,建立了以圆锥滚子轴承为支承的两点式和单点式支承的风电主轴的有限元分析模型,分析了预紧力对两种支承方式的风电主轴模态振型、固有频率、临界转速以及稳定性的影响。结果表明：圆锥滚子轴承预紧力增大会引起轴承刚度增大,可进一步提高主轴的固有频率、临界转速和稳定性;单点式支承比两点式支承的主轴临界转速大以及更稳定。合理选取轴承预紧力,可提高主轴的稳定性。     

轴承油膜动特性对转子临界转速的效应计算

介绍了非定常情况下,滑动轴承动压油膜的动态特性对转子支承刚度的作用．在此基础上建立了基于油膜动力学特性及底座支承刚度动力学模型的计算方法,并用于传递矩阵法求解转子系统的临界转速中．计算结果表明,随着系统的支承刚度下降,转子系统的临界转速是下降的     

火箭发动机液氢涡轮泵转子-密封系统的非线性动力稳定性

研究了不平衡激励下密封对火箭发动机液氢涡轮泵转子系统非线性动力稳定性的影响；采用Muszynska模型描述密封流体激振力，根据Timoshenko梁-轴有限元模型离散化转轴，建立了实际液氢涡轮泵转子-密封系统的非线性有限元模型；结合Floquet理论和打靶法，分析了该不平衡系统的动力稳定性和非线性行为。研究表明：密封诱发的次同步进动造成的系统失稳破坏首先发生在涡轮端轴承；轴承阻尼、密封轴向雷诺数和密封长度对系统临界失稳转速有显著影响，随着轴承阻尼和密封轴向雷诺数的增大，系统临界失稳转速增加，随着密封长度的增加，临界失稳转速逐渐变小。