多根平行轴齿轮转子系统的弯曲耦合振动分析

本文通过研究多根平行轴齿轮转子系统的弯曲耦合振动，给出了齿轮副弯曲耦合运动的约束条件，推导出多根平行轴齿轮转子系统弯曲耦合振动方程，并以ＤＨＰ４５－１型压缩机中的齿轮转子系统为例，分析和计算了多根平行轴齿轮子系统弯曲耦合振动性能。     

多轴齿式离心压缩机转子系统耦合振动特性分析

以某五平行轴齿式离心压缩机为研究对象,建立多平行轴齿轮耦合转子系统有限元模型。采用数值方法,在考虑齿轮耦合与不考虑齿轮耦合两种情况下分别对系统运动方程进行求解,得到系统横向及轴向振动的固有频率和振型,在考虑陀螺力矩的情况下计算系统临界转速值并绘制Campbell图,进而详细分析齿轮啮合作用对多平行轴转子系统动力学特性的影响。研究表明齿轮的耦合作用会使系统派生出新的固有频率及耦合振型,整体系统表现为原有单轴的固有特性与耦合特性两种模式,系统出现新的临界转速值,同时分别指出齿轮耦合作用对系统横向振动和轴向振动的不同影响以及派生频率的来源。     

平行轴齿轮传动系统动力学建模的有限单元法

为了能获取更为准确的轴承响应以预测齿轮箱体噪声,提出了适用于平行轴外啮合圆柱齿轮-轴-轴承-箱体系统动力学建模的有限单元法。该方法将连续分布的齿轮系统离散为轴段单元、啮合单元和轴承-基础单元,通过建立模块化的单元运动方程,根据单元连接关系生成矩阵组装规则,实现系统整体动力学模型的自动建立。模型中考虑了轴段剪切效应的影响,推导了齿轮副在不同旋向和转向时的弯-扭-轴-摆全自由度耦合振动方程,提出了箱体柔性对转子系统振动耦合作用的计入方法。以一对单级斜齿轮传动为例,通过与已有实验数据的对比验证了此方法的有效性。结果表明,采用有限元法计算齿轮副和轴承响应比常规集中质量法具有更高的求解精度。利用此方法编写了规范化程序,为工程中处理多级复杂平行轴齿轮系统的振动和噪声问题提供了有效手段。     

多齿轮耦合复杂转子系统的振动特性分析

本文探讨了多对齿轮耦合对齿轮转子系统动力学特性的影响程度,以压缩机转子系统为例,对整个耦合系统进行了安全校核。首先,基于有限元法,建立了通用的弯—扭—轴—摆斜齿轮耦合动力学分析模型,此模型中考虑了啮合刚度、方位角、啮合角、螺旋角以及主动轴转动方向对齿轮啮合刚度矩阵的影响;接着,对系统进行了固有特性分析,得到了系统的临界转速和安全裕度表;然后,基于模态叠加法,对系统进行了不平衡响应分析,对比了考虑齿轮啮合前后系统各位置处的不平衡响应变化曲线。研究结果表明,对于多对齿轮啮合的系统,齿轮间的耦合使系统之间的振动强烈,必须考虑齿轮耦合的影响,并且要结合固有特性以及瞬态响应分析来判断临界转速和振动峰值的大小。     

完整约束下齿轮啮合转子系统的弯扭耦合振动稳态响应

在不脱齿等基本假设下，根据齿轮啮合原理和轮齿的齿面方程，推导了齿轮形心的横向位移和齿轮扭转角之间的约束关系式，从Lagrange方程出发，同时考虑齿轮啮合和不平衡效应，建立了直齿齿轮啮合转子-轴承系统的弯扭耦合动力学模型。分别在质量偏心和扭转激励作用下，分析了系统的弯扭耦合振动稳态响应。结果表明：两者均会引起弯曲振动和扭转振动，并且响应的幅值与系统的参数有关。     

汽轮机-行星齿轮减速器耦合动力学特性分析

大功率齿轮箱是船舶轮机系统的重要设备之一,汽轮机通过齿轮箱将动力输出,齿轮系统与转子系统耦合在一起。为研究齿轮的啮合与振动对转子系统动力学特性的影响,针对某船舶动力系统,利用有限元法分别建立转子系统与转子-齿轮耦合系统的动力学方程,考虑齿轮系统的时变啮合刚度,求解并对比两种模型的振动特性。计算结果表明,齿轮的振动会降低转子系统的支撑刚度,使转子系统的临界转速降低,并增大振动响应幅值。另外,齿轮啮合刚度的时变性引起的振动属于参激振动,这种高频激励会传递到转子上。为了更精确计算整个轮机转子轴系动力学特性,需要考虑与转子相耦合的齿轮系统的振动。     

高速齿轮转子系统弯扭耦合振动研究

针对实际高速齿轮转子系统,建立了考虑齿轮啮合及扭转作用的弯扭耦合非线性振动模型,推导了不平衡转子弯扭耦合振动的动力学微分方程,通过数值仿真方法得到了工作转速下齿轮转子系统弯扭耦合振动的特征图形,得出齿轮啮合、扭转作用下的齿轮转子系统弯扭耦合振动的特征,研究了偏心距、齿轮啮合刚度等参数对系统振动响应的影响规律,为齿轮转子耦合系统的结构优化设计、诊断和安全经济运行提供一定的理论依据.     

多轴系耦合作用下齿轮系统转子裂纹故障的振动特性研究

为了探究多轴系耦合齿轮系统中的转子裂纹故障与单轴系转子裂纹故障振动响应特性的异同点,基于Jones轴承建模理论,建立滚动轴承的拟静力学模型;利用Timoshenko梁单元建立传动轴的有限元模型;考虑时变啮合刚度、齿轮传递误差、陀螺效应等因素,利用集中参数法建立齿轮副的动力学模型。将轴承、传动轴与齿轮副模型进行集成,建立齿轮系统非线性动力学模型;利用能量释放率理论与应力强度因子为零法分析裂纹转子单元的呼吸效应,利用Newmark-β数值积分法对转子裂纹故障进行动力学仿真,研究转子裂纹故障的振动响应特征。结果表明:与单轴转子系统转子裂纹的振动响应特征不同,当齿轮系统发生转子裂纹故障时,由于齿轮啮合的引起的耦合效应及转子裂纹引起的呼吸效应,时域响应表现出明显的幅值调制现象,频域中转频及其2倍频幅值增加明显,在啮合频率处伴有明显的边频带。研究结果可为齿轮系统转子裂纹故障的监测与诊断提供理论基础。     

多跨转子系统耦合故障定量诊断方法

随着空分设备的大型化和复杂化,其多跨转子系统的故障呈现严重化和耦合化。及时诊断并处理故障对于系统的稳定运行具有重要意义。以有限元理论和谐波平衡理论为基础分析多跨转子系统的动态特性并提出多跨转子系统耦合故障定量诊断方法。利用故障前后转子系统的振动响应各次谐波分量与系统剩余量方程的频率响应矩阵之间的关系推导诊断理论并获得诊断方程,以转-定子碰摩和联轴器不对中耦合故障为例建立多跨转子系统和实验台转子系统的有限元模型,通过数值仿真和转子实验台实验准确地诊断出故障位置,验证方法的有效性和稳健性。通过同一转速下故障前后转子系统至少n 1个测点的振动响应数据可以在线确定具有n个耦合故障转子系统的故障位置。对于转子系统的主要振动故障,如碰摩、不对中、裂纹等,诊断方法具有良好的适用性。     

风力发电机偏航驱动器振动优化方法

针对某2 MW直驱型风力发电机偏航驱动器在特定工况下运行时的振动问题，基于多体动力学理论建立偏航驱动器传动系统的多体耦合仿真模型，并计算偏航驱动器高速轴在特定工况下运行时的振动响应；根据偏航驱动器传动链在动平衡条件下的多体系统模态参数，对高速级齿轮副参数进行修正以调节激励频率范围，从而精确规避传动链在特定工况下的潜在共振风险，使传动链振动响应能够被有效控制。研究结论对优化偏航驱动器的振动特性研究有指导意义。     

An improved time-varying mesh stiffness algorithm and dynamic modeling of gear-rotor system with tooth root crack

When a tooth crack failure occurs, the vibration response characteristics caused by the change of time-varying mesh stiffness play an important role in crack fault diagnosis. In this paper, an improved time-varying mesh stiffness algorithm is presented. A coupled lateral and torsional vibration dynamic model is used to simulate the vibration response of gear-rotor system with tooth crack. The effects of geometric transmission error (GTE), bearing stiffness, and gear mesh stiffness on the dynamic model are analyzed. The simulation results show that the gear dynamic response is periodic impulses due to the periodic sudden change of time varying mesh stiffness. When the cracked tooth comes in contact, the impulse amplitude will increase as a result of reductions of mesh stiffness. Amplitude modulation phenomenon caused by GTE can be found in the simulation signal. The lateral–torsional coupling frequency increases greatly within certain limits and thereafter reaches a constant while the lateral natural frequency nearly remains constant as the gear mesh stiffness increases. Finally, an experiment was conducted on a test bench with 2 mm root crack fault. The results of experiment agree well with those obtained by simulation. The proposed method improves the accuracy of using potential energy method to calculate the time-varying mesh stiffness and expounds the vibration mechanism of gear-rotor system with tooth crack failure.     

土-偏心结构相互作用平扭耦联反应参数分析

建立了一种土一偏心结构相互作用简化模型，研究了考虑土一结构相互作用因素后结构平扭耦联反应。采用拉格朗日能量法推导了结构的运动方程，并结合算例，用振型分解法对结构的平扭耦联反应进行了分析，讨论了扭平频率比、偏心率和土一结构相互作用影响系数对结构平扭耦联反应的影响。计算结果表明，土一偏心结构相互作用体系与刚性地基上结构有明显差别，且随着地基土的变软，这些差别更为明显。     

盾构刀盘驱动三级行星齿轮系统固有特性及灵敏度分析

建立了三级行星齿轮传动系统的平移-扭转耦合动力学模型,模型考虑了时变啮合刚度、各级中行星轮位置相角的时变性、啮合综合误差、阻尼等影响因素。基于特征值问题求解了系统结构的固有频率和振型,并将其系统振动模式归为三类：扭转耦合振动模式、平移耦合振动模式、行星轮振动模式。研究了不同振动模式下固有频率对系统参数的灵敏度。研究结果表明,在一些系统参数敏感点处,参数的微小变化不仅导致固有频率灵敏度、模态能量的大幅变化,也将引起能量在各级间发生转移,使得振动特性剧烈变化。     

DH型压缩机齿轮-轴承-转子系统动力学分析

基于转于动力学和齿轮啮合基本原理，建立了一般齿轮稠合轴系弯扭耦合振动方程。对某DH型压缩机转于系统进行了详细地动力学分析，提出了改进该类压缩机转于系统设计的具体建议。     

随机参数齿轮-转子系统扭转振动固有频率分析

应用拓广的随机因子法分析了物理参数和几何参数均为随机变量的齿轮-转子系统的时变固有频率。将系统的刚度矩阵和质量矩阵分解为具有相同随机因子的矩阵之和的形式,再由求解系统固有频率的瑞利商公式出发,将系统频率展成部分频率分量之和的形式,利用求解随机函数数字特征的代数综合法求解系统固有频率的数字特征。通过算例分析了随机参数对系统固有频率的影响,并验证了方法的可行、有效和正确性。     

具有弹性耦合结构振动系统的自由界面模态综合法

本文给出了以弹性连结件为耦合件的振动系统自由界面模态综合技术,把弹性连结件定义为“软子结构”单独处理,其余部件自然划分为若干子结构。利用有限单元法获取各子结构自由界面模态信息,用子结构的截断主模态及其高阶剩余柔度修正项作为结构 RayLeigh-Ritz 分析的假设模态,从而大幅度压缩了结构分析自由度。实例计算表明,该方法具有良好的综合精度,是分析具有弹性耦合结构振动问题的有效方法。     

柔性联轴器对振动系统响应的影响

以一个装有柔性联轴器的振动系统为研究对象,应用Lagrange方程建立系统的动力学方程并进行数值求解,并分析柔性联轴器对振动系统不同时段响应的影响。在振动的初始阶段,振动体的响应由激振频率、振动系统固有频率以及旋转系统固有频率三个频率成分组成。在稳态阶段振动体的响应取决于振动系统的激振频率。为了分析柔性联轴器对系统运动稳定性的影响,经计算得到旋转系统在受到扰动时的响应,隨之柔性联轴器的阻尼的增加,对系统的振动也可予以改善。     

半潜式起重生活平台总体振动特性预测

应用有限元技术对半潜式海洋起重生活平台的总体振动性能进行数值分析和探讨,通过建立接近于真实海洋平台主结构的有限元模型,采用流固耦合方法模拟附连水影响,进行平台在作业工况下的总体固有频率和振动模态分析,以及在螺旋桨和主机激振力作用下的受迫振动数值响应计算。计算结果表明,该半潜式起重生活平台的结构振动性能良好,满足ISO6954:2000(E)的振动基准,结合振动响应曲线得出一些重要结论,并对分析方法的可行性和实用价值进行评述。     

水下航行体垂向弯曲振动声辐射特性

垂向弯曲振动是水下航行体总振动的常见模式,控制弯曲振动是水下航行体设计中重要的一环。考虑声-结构耦合,基于FEM/BEM理论建立航行体弯曲振动声辐射分析的基本方程,计算水下航行体垂向弯曲振动固有频率和振动响应,研究弯曲振动引起的辐射声场特性;并以振动评价基准中的速度限制线作为激励,讨论航行体弯曲振动声辐射。结果表明：航行体垂向弯曲振动会产生较大的辐射噪声,1阶和2阶振动对总振动引起的辐射噪声贡献较大;欲降低低频线谱,须降低振动响应幅值;在结构振动控制设计中,不仅要从结构振动烈度的角度控制弯曲振动响应幅值,还应考虑结构声学性能,从控制弯曲振动引起的声辐射角度出发,补充提出设计指标。