传动轴偶合精度在线监测技术研究

发布时间：2020-05-22 09:49

【摘要】：传动轴是旋转机械设备的重要组成部件。传动轴对接装调及设备运行过程中会产生偶合偏差,严重影响机械设备的运行,增大部件的磨损,导致功耗增大甚至发生轴失效故障。传动轴偶合在线监测技术成为了现阶段的研究热点,但由于缺少偶合偏差与功率损耗关系的科学评价方法,使得现阶段在线监测技术往往受制于预警界限的设定,开展传动轴偶合偏差科学评价方法与在线监测技术的研究具有重要意义。本文通过研究传动轴联接的偶合偏差与电机功耗之间的数学关系,建立评价方程,解决无法评价传动轴偶合偏差是否过大的问题,并通过仿真分析和实验进行验证。可为传动系统在线监测过程中偶合偏差区间的设定提供依据。根据分析结果,提出了基于波前传感及像差理论的在线监测方法。首先,在对国内外研究现状的归纳和总结的基础上,建立偶合偏差与传递力矩的几何方程,并通过有限元分析方法建立传动轴的运动方程,进而得出动力方程。以偶合偏差、传递转矩、弯矩、剪切应力为中间变量得到偶合偏差与电磁转矩的数学关系,最终建立偶合偏差与功耗之间的数学模型。其次,对传动轴偶合模型进行静力学和动力学仿真分析。动力学分析表明,电机起步阶段,由于存在偶合偏差,传动轴会产生周期性交变应力。电机平稳运行时,静力学分析结果表明传动轴剪切应力值随偶合偏差呈线性变化。将偶合偏差值所对应的剪切应力值代入数学模型中得到理论功率损耗值,从而获得偶合偏差值与功率损耗值之间的关系。再次,通过实验得到不同偶合偏差的功耗值,与仿真分析结果进行对比,实验结果和仿真结果趋势一致。基于最小二乘法对试验曲线拟合,得到拟合方程并建立轴偶合偏差与功率损耗间的曲线关系,为在线监测预警界限提供数据支撑。最后,以哈特曼传感技术为理论基础,利用激光准直系统、微透镜阵列及CCD相机搭建接收装置,并通过数字图像处理方法提取光斑偏移量大小,进而分析计算出传动系统的线偏差和角偏差,根据所建立的数学关系进一步评估功耗损失情况,最终实现在线监测。
【图文】：

是旋转机械的一个重要组成部分，主要用来传递转矩、功率。在航空航天等领域均得到了广泛的应用。”指几何关系中两轴的轴心线不一致时，产生的不对中偏差[1-3]。生影响设备运行的反作用力，，这种反作用力会在短时间内逐渐增偏差过大时，则会导致传动轴与联轴器之间振动增加，降低轴传风险，轻则降低生产效率、能耗增加，重则引发严重的机械故障[4-6西部风电场发生一起主轴断裂导致的风电机叶轮脱落事故，故障由于发电机主轴与齿轮箱内部联轴器之间出现打滑现象，即偶合效，最终导致发电机的编码器发生故障，造成了巨大的损失。能源科技有限公司为了研究偶合偏差对电机效率的影响，通过电激光对中仪 F830 对一台 142KW 冷冻水泵进行测试，测量结果重。同时还发现电机的效率值小于 94.8%（铭牌上效率值为 95.6上）。对传动系统进行对中校准，重新测试电机功率，结果表明:致电机功率明显下降，通过及时调整偏差值大小能够减少3%~10%分析结果如图 1.1 所示。

mp p p p p p pr = x i + y j + z k（1-5），xp、yp、zp表示位于质量中心的旋转坐标；ip、jp、kp表示单位矢量。转子的动能表达式为：{ ( )}22 2 2112p mp mp Dp xp yp Pp zppT m r r I ω ω Iω== + + +（1-6）转子的势能表达式为：12ij i ji jV = k q q（1-7）
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH133.2

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本文编号：2675813