基于球轴承动刚度的轴系动态特性分析与优化

轴系动态特性受轴承刚度影响,而轴承刚度随轴系转速呈强非线性。因而研究轴系动态特性首先需要确定轴承刚度。首先使用球轴承受力分析的拟静力学模型,计算球轴承不同转速下的刚度,计算轴承刚度时,考虑了轴承内圈由于离心惯性力造成的变形的影响,使刚度计算值精确化;进而使用梁单元对轴系进行离散建立轴系的有限元模型,并求解了轴系的临界转速;并以临界转速为优化目标、对轴承跨距及轴内径进行了优化,提升了轴系的动态性能。文中研究内容以Matlab为基础进行编程实现。     

海水泵转子系统的临界转速计算分析

为了增强海水泵的可靠性能,需要对海水泵转子-轴承系统进行临界转速分析。采用横向和纵向综合分析新型模态方法,通过有限元软件Workbench研究导轴承刚度、联轴器的扭转刚度、支撑间隙对海水泵转子系统临界转速的影响。通过改变轴承之间的支撑间距发现:轴的一阶及二阶临界转速随着轴承间距的增加而增加;从转子"干"和"湿"的横向和纵向的模态分析发现:转子的一阶临界转速远离转子系统的固定频率及倍频处,满足API设计标准。同时采用理论值与有限元计算值对比分析,提高模拟计算准确性,增强泵的安全可靠性。     

连续式风洞电机-联轴器-压缩机转子轴系横向振动分析

以某型连续式风洞的动力系统轴系为研究对象,建立了电机转子-联轴器-压缩机转子轴系的动力学模型,同时考虑到轴承动刚度、动阻尼、支撑刚度以及电机磁拉力等因素,使用DYNAMICS软件得到轴系的临界转速和振型等计算结果,并和实验数据进行对比,二者偏差范围小于±5%,轴系的理论不平衡响应也和实验数据有较好的吻合。研究表明,本文采用的建模方法正确,计算精度较高,满足工程实际需要。本文的研究阐明了电机柔性转子的临界转速分叉现象,揭示了电机转子和压缩机转子之间的振动耦合特性,对于机组的运行维护具有指导意义。     

缝纫机旋梭轴转子动力学特性研究

针对缝纫机旋梭轴系高速运行不稳定的问题,计算了旋梭轴系的转子动力学,分析了失稳的原因,对旋梭轴系稳定性进行了理论分析,对旋梭轴转子动力学特性进行了仿真研究。首先,根据缝纫机转子瞬时位置及其受力情况,推导出了转子动力学方程,建立了旋梭轴系动力学分析模型;然后,在ANSYS Workbench软件中对刚性支承下旋梭轴系进行了转子动力学仿真分析,通过模态分析和不平衡响应分析,找到了旋梭轴系在工作转速内失稳的原因;最后,研究了旋梭轴径、支承位置、支承刚度、阻尼系数、轴向预紧力对旋梭轴系稳定性的影响,确定了满足使用工况的旋梭轴系结构和支承刚度范围。研究结果表明：缝纫机工作转速内有1个临界转速,影响了旋梭轴系的稳定性;增大轴径对提升临界转速的效果不明显;增加一个支承点,轴承刚度高于1 000 N/mm,轴套支承刚度高于100 N/mm,阻尼系数小于0.1,轴向预紧力小于100 N;旋梭轴系在工作转速内可以稳定运行。     

轴流压缩机转子动力学特性研究

转子广泛应用于压缩机、航空发动机、汽轮发电机等旋转机械中。转子系统的临界转速和稳定性往往影响着机组是否安全运行。支承系统的刚度是影响转子动力学特性的重要因素。通过在有限元软件中建立某轴流压缩机壳体的三维有限元模型,计算得到其静刚度和动刚度,并与油膜刚度相结合,系统的研究了不同支承刚度条件下,转子系统的临界转速。在考虑等效支承刚度的基础上,根据API标准,计算转子的预期交叉耦合刚度,进而分析了该转子系统的稳定性。临界转速计算结果表明,考虑壳体刚度会降低转子系统的临界转速;稳定性计算结果表明,转子系统的稳定性符合API标准对稳定性裕度的要求。     

某顶部齿轮箱轴系动力学特性分析

本文以顶部齿轮箱与主减旋翼轴组成的共轴对转轴系为研究对象,考虑了联轴器、轴承等部件的刚度,计算了转子系统的动力学特性,同时分析了中介轴承刚度对转子系统临界转速的影响。结果表明,该转子系统第一阶临界转速远高于最高工作转速,转子系统设计较为安全;在讨论的范围内,中介轴承支承刚度对该转子轴系的影响不大。得到的相关结论可为齿轮箱、试验台设计提供一定的参考。     

基于ANSYS Workbench的飞轮转子临界转速计算分析

以电磁轴承支撑的飞轮转子为研究对象,建立飞轮转子的有限元模型,基于ANSYS Workbench软件对转子系统临界转速进行求解。分析了阻尼和支撑刚度对飞轮转子系统前三阶临界转速的影响。结果表明,阻尼对飞轮转子临界转速没有影响,支撑刚度使临界转速增加,并计算出最佳的支撑刚度调整范围。     

高速转子临界转速计算及支承结构的优化设计

基于有限元法,用MATLAB计算程序,对已初步设计的高速转子进行临界转速校核;并对转子系统临界转速进行拓展研究,得出了一定范围内转子临界转速随着轴承刚度的增加而变大的规律;通过该规律对高速转子的支承结构进一步优化,使得该支承系统条件下,高速转子的额定转速低于一阶临界转速,能够稳定运行。     

柔性支承下的大型离心压缩机转子振动特性

支承刚度对转子系统的动力学特性具有重要影响。针对大型离心压缩机转子在高速平衡条件下和实际运行工况下的支承刚度差异导致的振动问题开展研究。由于高速动平衡机的摆架刚度较低,使得一些大型离心压缩机的轴承油膜刚度与支承刚度几乎相当,导致2阶弯曲临界转速大幅降低,从而使得转子振动超标,高速动平衡难以满足标准要求。结合实际案例分别进行不考虑支承刚度及带有动平衡机摆架刚度的转子动力学分析,并对轴承瓦块、轴承座、机壳、底座进行有限元分析,获得压缩机转子的基础刚度。结果表明,考虑支承刚度的转子2阶临界转速出现了11.1%～18.3%的下降,1阶临界仅下降3.6%～7.3%,与高速动平衡试验结果吻合较好,实际支承刚度因大于轴承刚度3.5倍,机械运转试验显示1阶临界、2阶临界转速未有实质性下降,且振动满足API617标准要求,与不考虑支承刚度的转子动力学分析结果基本一致。     

滚动轴承径向刚度在转子临界转速计算中的应用北大核心

以某双吸泵转子临界转速的计算为例,先通过计算滚动轴承的径向刚度,再利用弹簧单元模拟轴承径向刚度,建立有限元模型,求解转子临界转速;同时还实测了转子的临界转速,通过计算结果和实测值的对比表明,该方法能够较为准确地计算出转子的临界转速,特别是一阶临界转速,具有重要的实际应用价值。     

轴向柱塞泵主轴及缸体旋转组件临界转速分析

以斜盘式轴向柱塞泵的主轴及缸体旋转组件组成的转子系统为研究对象,分别利用传递矩阵法及ANSYS有限元分析方法得到了其临界转速,即转子发生共振时的转速,通过两者结果的对比,证明了有限元方法的准确性;进而通过有限元分析,得出增加轴承刚度及减小缸体质量可以有效提高轴向柱塞泵转子系统的一阶临界转速的结论。通过研究,提出了轴向柱塞泵转子系统临界转速的计算方法,为进一步研究轴向柱塞泵转子系统的动力学特性奠定基础。     

整体式离心压缩机高速轴转子动力学分析

为了提高整体离心式压缩机高速齿轮轴转子的稳定性与可靠性,通过专业转子动力学分析软件建立了高速轴转子的动力学模型,分析叶轮与轴承等因素的变化对转子动力学性能的影响。通过增加叶轮转动惯量,减小叶轮质量、叶轮质心与轴承间距,增加齿轮箱轴承跨距、增大轴承轴颈与轴承刚度等措施可提高转子的一阶临界转速;通过增加叶轮转动惯量,减小叶轮质量、叶轮质心与轴承间距,减小齿轮箱轴承跨距、轴承轴颈,增大支承轴承刚度等措施可提高转子的二阶临界转速。反之则降低转子的一阶、二阶临界转速。     

基于Romax的高速齿轮转子临界转速的计算与分析

高速齿轮转子应用广泛,其动态特性影响着齿轮箱的运转稳定性和可靠性。通过Romax软件,对两种振动异常的高速齿轮转子进行动态分析,得到了两种转子的各阶固有频率,以及轴承支撑参数对各阶固有频率的影响。发现改进前两高速齿轮转子的运行转速接近1阶临界转速,同时在Romax中对轴系结构进行改进,使其工作转速远离临界转速;改进后试验表明,两转子各振动指标正常,齿轮箱运转良好;为高速齿轮转子的临界转速计算提供了一种精确有效的方法。     

高炉煤气余压透平膨胀机转子动力特性

针对TRT转子振动过高及机组运行效率低等问题,开展TRT转子动力特性的研究。采用三维软件UG进行了转子的几何建模,导入Ansys Workbench中建立了有限元分析模型,对转子动力特性-模态、临界转速和稳态不平衡响应进行了计算与分析,在此基础上用有限元模型分析了不同支承刚度和不同支承位置对转子动力特性的影响规律,并在高速转子试验台上进行了试验。研究表明,计算与试验结果相差3%以内,有限元分析结果能真实反映出转子的动力特性。支承刚度与支承位置均对转子的第1、2阶临界转速有明显影响。不平衡响应中1阶最敏感的为二级叶片位置,2阶最敏感的为头部(联轴器)位置。为其他同类型转子的动力特性计算与分析提供了参考。     

采用箔片轴承的高速透平转子动力学分析

为研究采用箔片轴承的转子轴承系统的动力学特性,以高速透平膨胀机的轴承转子系统作为研究对象,建立有限元转子动力学模型,得到转子系统对应的临界转速大小,并计算轴承支撑刚度对转子系统临界转速的影响,揭示高速透平膨胀机转子涡动频率随转速的变化规律,获得轴承刚度、阻尼特性对轴承稳定性的影响。同时,为了更加准确地描述转子的运动状态,对转子系统进行时域分析,得到转子轴心轨迹和相应的频谱分析,并将时域分析结果与实验测试结果相对比,发现两者吻合良好。数值计算结果表明:箔片轴承的良好的刚度、阻尼特性使高速透平转子系统具有较宽的工作转速和更好的稳定性;对于转子系统的时域分析可以更加直观准确地描述转子的运动状态。     

轴承刚度对双叶片环保泵转子动力学特性的影响分析

为了研究轴承刚度对双叶片环保泵转子动力学特性的影响，基于流固耦合理论，采用ANSYS-CFX和ANSYS-Workbe nch，对4种轴承刚度方案下的环保泵固有频率、模态振型、临界转速及谐响应进行了求解和对比分析。计算结果表明：模态振型在不同支承刚度下表现为同相振型，以水平摆动为主。当轴承刚度从2.6×10⁵ N/mm增加到2.6×10⁶N/m m时，转子固有频率和临界转速均明显增加，而当轴承刚度从2.6×10⁶ N/m m增加到2.6×10⁸ N/m m时，固有频率和临界转速增速变缓。转子额定转速均小于4种轴承刚度下转子的前3阶临界转速，不会发生共振。谐响应振幅随支承刚度增大而降低，支承刚度为2.6×10⁵ N/mm时振幅最大，X、Y、Z方向分别为0.44、0.32、0.16 mm。不同支承刚度在X方向上最大振幅均分别为0.44、0.28、0.24、0.19 mm,降低幅度分别为36.4%、14.3%、20.83%。研究结果可为类似泵的轴承选型以及转子结构优化等提供参考。     

电磁轴承支承的透平膨胀机转子系统模态分析

针对电磁轴承支承的高速透平膨胀机转子系统,利用ANSYS软件建立详细的三维实体模型,并采用适当方法生成合理的有限元模型,对电磁轴承在转子系统中的模拟和作用进行探索.使用一组实测的控制器参数,结合电磁轴承系统的实际结构和刚度阻尼的计算方法,计算电磁轴承的刚度阻尼系数.并以此为输入参数,经ANSYS模态分析得到该转子系统的前8阶临界转速和模态振型.其中前6阶临界转速远低于系统工作转速,对应为系统的扭转、轴向平动或刚体摆动振动模态;后2阶临界转速接近系统工作转速,对应一阶弯曲振动模态.计算结果表明,系统在现有结构及参数条件下不能按预定的工作转速稳定运转,需要改进设计.由计算结果分析知道,轴向电磁轴承对转子系统动力特性有一定影响,某些情况下不能忽视.理论计算结果与试验情况基本吻合,可为该转子系统设计提供理论依据.此研究思路与方法可作为同类系统动力特性研究的一种参考.     

某冲压空气涡轮转子悬臂支撑结构动力特性分析

为探究某型起动机转子悬臂支撑结构设计的合理性,利用有限元软件ANSYS对比分析了轴承的支承刚度和支点跨距对转子的模态、临界转速及不平衡响应的影响.分析结果表明:当支承刚度增加时,转子各阶固有频率和一阶临界转速均增加,高阶固有频率和振幅增加显著;当支点跨距增加时,转子各阶振型和振幅无明显变化,各阶固有频率略有增加,一阶临...     

基于不平衡响应的转子动刚度测量方法

基于转子不平衡响应原理,推导了转子动刚度计算方法,建立了一种转子系统动刚度测量方法。在某双盘转子试验器上开展了转子动刚度测量实验。实验结果表明:由转子动刚度曲线计算的一阶临界转速最大误差为1.5%;以盘一、盘二处的轴系静刚度为基准,由动刚度曲线计算的轴系静刚度最大测量误差为5.7%。利用转子动刚度研究了不同支座地脚螺栓拧紧力矩对转子系统的影响,结果表明:当支座反力小于支座拧紧力矩所能产生的最大静摩擦力时,增加支座连接刚度并不会改变转子系统的动刚度。     

离心透平转子的动力学分析与试验

针对某离心式透平膨胀机转子,采用MADYN2000进行动力学建模,对高速轴进行了无阻尼临界转速分析与临界转速图谱分析,选定了轴承刚度范围。确定轴承结构后校验了轴承的动态特性,该轴系的阻尼临界转速满足API617设计要求,并用不平衡响应计算为叶顶密封间隙设计提供了依据。在机组试验过程中,可重复观察到显著的跨临界现象,并对试验期间出现的油膜涡动情况进行了剖析。达到额定转速后的轴承振动趋于良好,经停机拆解未发现叶顶密封有磨损痕迹。试验结果表明,离心透平转子的临界转速和轴承温度计算与试验结果基本吻合,转子动力学分析在新机组的开发过程中具有良好的指导意义。