离心机转子系统动力学仿真研究与结构优化

发布时间：2020-07-23 11:36

【摘要】：转子系统的动力学特性研究是旋转机械设计的重要参考,随着结构的日渐复杂以及设计要求的不断提高,传统的单纯转子-轴承系统动力学研究已经不能满足需求。所以本文将进行带有球铰套筒结构的转子系统进行动力学降维模型建模,研究其动力学特性并对比验证,为后续改进型以及相似长轴转子系统设计提供参考。从整体机构中剥离出转子-轴承-套筒系统,并分别以ANSYS和转子动力学有限元法建立模型,对其中的轴承、支撑等进行线性弹簧阻尼处理。在ANSYS中以a和b两种方式建立套筒部分模型,以转子动力学有限元法建立降维模型模型。依据建立的ANSYS模型和有限元模型分别以Campbell图方法和公式法进行了临界转速和振型的计算,并进行相互对比,验证了模型的有效性,为后续研究提供支持。然后,依据模型分析了轴承、支撑刚度以及套筒结构的存在对于临界转速的影响。通过对系统的不平衡稳态响应分析对比,验证了降维模型在响应计算中的有效性。依据降维模型进行了设备加速过程的位移响应分析,为加速方式选择提供依据。然后,对连接处刚度时变和碰撞故障两种响应进行了研究。比如连接间隙导致了时变刚度,响应在时域中的表现对比健康机构变成了与“呼吸”函数类似行为特性的周期稳态,以及其幅频响应曲线由于连接刚度损失导致了峰值位置的变形现象。在频域上,出现了倍频信号,进一步研究了间隙深度以及转速对倍频信号的影响。对于碰撞响应,在时域中,出现了峰值波动以及在某些情况下由非连续碰撞力组成的类正弦激励引起的拍振现象,轴心轨迹也随之发生了变形。频域分析中也表现出了倍频信号,而且相比于刚度时变,其频域表现非常丰富,明显的出现了低倍频与高倍频以及临界转速频率甚至拍频等。除了关注转子故障信号之外,还关注了故障信号在套筒上表现,认为套筒监测点是故障信号的检测备选方案。最后,进行了结构优化分析。对套筒固定方式的影响以及不同阻尼器设置方式振动抑制效果进行分析。研究结果认为球铰结构对于系统的振动抑制,快速稳定以及信号测量等多方面有明显优势,阻尼器纵置减振效果好于横置。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH133
【图文】：

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哈尔滨工业大学工程硕士学位论文运算能力要求较高的缺点，比如基于此对其启动加速付哦成，连接处刚度时变状况和碰撞等进行动力学分析，为此后改进型长轴离心机的设计加工提供建模方案和动力学依据。1.2 转子系统动力学研究现状离心机转子的研究首先是基于转子动力学的研究，转子机构是工程常用机构，所以国内外对于转子动力学的研究比较多且有了完整的理论，如钟一谔[1],袁惠群[2]，Vance[3]等都有这方面综合性的著作。旋转机构是工程中最常见的机构，对于转子系统的研究方法起步也是比较早的，从一开始对于简单机构的无重量轴配合有质量圆盘的建模方式，到后来实际结构日渐复杂，比如从短轴到长轴，从同截面轴到变截面轴，从单跨到多跨，从薄圆盘到厚圆盘甚至锥形圆盘等，这些变化使得简单的模型和计算方法不能够满足要求。

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哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第2章转子系统建模言模是研究转子动力学特性的基础，本文剥离出的转子-轴承-套筒系统子动力学有限元法建模对比商业软件建模方法，几种模型各有优劣，分析研究提供支持。型介绍及参数查阅计算文研究模型为某厂废料处理离心机，整体结构示意图如下,

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