高速重载燃气轮机齿轮转子动力学特性研究
发布时间：2020-07-18 12:23
【摘要】： 随着齿轮传动系统转速不断增加、性能不断提高,对于高速齿轮传动转子系统的动力特性研究越来越成为人们研究的焦点。由于齿轮的啮合作用,使得各转子之间的弯曲振动和扭转振动相互耦合,因而齿轮转子系统的动力学特性不能仅从单个转子来考察,为此必须建立系统的弯扭耦合系统模型来分析其动力学特性。 论文依托国家科技支撑项目计划《高速、重载齿轮传动系统共性关键技术》,以高速重载燃气轮机齿轮传动转子系统为研究对象,结合现有的对简单转子系统动力特性的研究方法,对齿轮转子的动力学特性包括临界转速及不平衡响应进行研究,为燃气轮机齿轮箱的设计提供参考。 论文首先简单介绍了转子振动问题的研究现状和当前面临的主要问题以及国内外对此问题的解决方法。总结了计算转子系统临界转速及振动模态的传递矩阵法,对简单转子系统弯振和扭振分析问题做了细致的研究,列举了几种典型单元的传递矩阵;并对滑动轴承支承转子的动力学特性的计算方法进行了研究。讨论了滑动轴承动力特性及油膜动力特性系数的确定,并就转子振动量的复数表示进行了深入研究,对转子系统的运动形态进行了分析,推导了各向异性支承转子典型单元的传递矩阵。应用整体传递矩阵法的基本理论对多平行轴耦合转子系统进行了建模及分析,推出了其整体传递矩阵。 针对高速、重载燃气轮机齿轮转子系统,讨论并计算其轴承阻尼,刚度,齿轮啮合刚度,啮合阻尼以及齿轮转子系统各相关参数,导出耦合刚度阵,阻尼阵,运用传递矩阵法建立单轴转子的弯振模型及齿轮耦合转子系统的弯扭耦合振动模型,并对其固有特性进行了分析计算。结果表明,由于齿轮的啮合作用,使得转子系统的弯曲振动和扭转振动耦合在一起,并派生出一些新的临界转速及相应模态,因此在系统设计时需特别注意齿轮传动对这些模态的影响。 最后,本文对齿轮转子系统的不平衡量响应进行了分析,结果表明,由于齿轮耦合作用,系统某一转子上的激振力将传递给其他转子,特别是高速轴上的不平衡量将引起转子系统的剧烈振动,因此要注意提高转子尤其是高速转子的动平衡精度,降低不平衡激励,以提高系统的动态品质。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH132.41
【图文】：
二分法或者弦割法扫描求解就可得到该转子系统的临界转速和振型。3.1.1 整体矩阵法的提出整体传递矩阵法是由传递矩阵法演化而来。因此，建立模型的方法与传递矩阵法一样，要将转子系统处理成为便于分析计算的简化模型。模型的建立与传递矩阵法基本相似，将转子系统划分成若干段站，划分原则与传统的传递矩阵法相同。首先按照传递矩阵法的分段原则将系统划分为不同类型的轴段。一个完整的转子系统可按系统的结构划分成若干子结构，每个子结构先根据自身情况进行独立划分，然后在适当的位置添加虚设单元，以使各个子结构单元数目相同，且逻辑对齐，便于整体传递，虚设单元长度为零，质量为零。考虑如图 3.1 所示的四自由度弹簧振子系统，它可以看作是两个二自由度系统 1 和 2 通过弹簧ck 连接在一起。设在任意时刻1234m 、m 、m、m的振动位移分别为1234x 、x 、x、x。则系统的状态矢量可以表示为{ }Txxxxx1234= 。我们分别利用多自由度系统模态分析法和传递矩阵法来讨论它的固有振动频率的计算。
由式(3.20)与式(3.21)可推导得出：1 0 0 0 0 0 0 00 1 0 0 0 0 0 00 1 0 0 0 00 0 1 0 0 00 0 0 0 1 0 0 00 0 0 0 0 1 0 00 0 0 0 1 00 0 0 0 0 1Rh hh hiix xM K KMQ K KQx xM K KMQ K KQI II II II III IIII IIII IIII IIθ θθ θ = Li (3.2上式可以写成如下矩阵形式：1 22 1R Li iiZ C CZZ C CZ = Ⅰ ⅠⅡ Ⅱ(3.2其中，1 22 1iC CC C 为连接双转子的耦合矩阵。同理可推出更多转子的耦合矩阵
为各向同性时，则对于圆盘轴段组合部件，其两端截面的：pdpdpdmkqlmkJJllElEIlEIlJJEIlmkEIlElEIlEIlJJEIlmklEIlΩ Ω ΩΩ + ΩΩ + Ω +0000001()()122()1()2266()2()[16(1)122222222233223ν衡响应计算方法与支承各向异性基本相同，不再赘述。已知1 2 3 4 5m =m =m =m =m =20kg ，圆盘半径 R = 20cm，各直径 d = 3cm，材料的弹性模量 E = 200Gpa。支承轴承选7图 5.3 多圆盘转子在稳态不平衡响应中的运动现象Fig 5.3 The movement of multi-rotors in steady-state unbalance respons
本文编号：2760883
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH132.41
【图文】：
二分法或者弦割法扫描求解就可得到该转子系统的临界转速和振型。3.1.1 整体矩阵法的提出整体传递矩阵法是由传递矩阵法演化而来。因此，建立模型的方法与传递矩阵法一样，要将转子系统处理成为便于分析计算的简化模型。模型的建立与传递矩阵法基本相似，将转子系统划分成若干段站，划分原则与传统的传递矩阵法相同。首先按照传递矩阵法的分段原则将系统划分为不同类型的轴段。一个完整的转子系统可按系统的结构划分成若干子结构，每个子结构先根据自身情况进行独立划分，然后在适当的位置添加虚设单元，以使各个子结构单元数目相同，且逻辑对齐，便于整体传递，虚设单元长度为零，质量为零。考虑如图 3.1 所示的四自由度弹簧振子系统，它可以看作是两个二自由度系统 1 和 2 通过弹簧ck 连接在一起。设在任意时刻1234m 、m 、m、m的振动位移分别为1234x 、x 、x、x。则系统的状态矢量可以表示为{ }Txxxxx1234= 。我们分别利用多自由度系统模态分析法和传递矩阵法来讨论它的固有振动频率的计算。
由式(3.20)与式(3.21)可推导得出：1 0 0 0 0 0 0 00 1 0 0 0 0 0 00 1 0 0 0 00 0 1 0 0 00 0 0 0 1 0 0 00 0 0 0 0 1 0 00 0 0 0 1 00 0 0 0 0 1Rh hh hiix xM K KMQ K KQx xM K KMQ K KQI II II II III IIII IIII IIII IIθ θθ θ = Li (3.2上式可以写成如下矩阵形式：1 22 1R Li iiZ C CZZ C CZ = Ⅰ ⅠⅡ Ⅱ(3.2其中，1 22 1iC CC C 为连接双转子的耦合矩阵。同理可推出更多转子的耦合矩阵
为各向同性时，则对于圆盘轴段组合部件，其两端截面的：pdpdpdmkqlmkJJllElEIlEIlJJEIlmkEIlElEIlEIlJJEIlmklEIlΩ Ω ΩΩ + ΩΩ + Ω +0000001()()122()1()2266()2()[16(1)122222222233223ν衡响应计算方法与支承各向异性基本相同，不再赘述。已知1 2 3 4 5m =m =m =m =m =20kg ，圆盘半径 R = 20cm，各直径 d = 3cm，材料的弹性模量 E = 200Gpa。支承轴承选7图 5.3 多圆盘转子在稳态不平衡响应中的运动现象Fig 5.3 The movement of multi-rotors in steady-state unbalance respons
【引证文献】
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本文编号：2760883
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