6HS-E对称全平衡高转速曲轴扭振分析研究

发布时间：2017-09-15 19:36

  本文关键词：6HS-E对称全平衡高转速曲轴扭振分析研究

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【摘要】：随着现代工业的进程,压缩机向着大型多列的方向发展,在对压缩机的性能要求越来越高的同时,必须保证它的可靠性和经济性满足更高的要求。曲轴作为压缩机核心部件,它不仅运行速度快,所受随周期变化的载荷也是相对来说最复杂的,因此最容易出现烧瓦或松动错位等现象,严重的甚至发生断轴引起生产事故,因此曲轴的工作状态和使用寿命直接影响整机性能,同时决定整机的可靠性。本文以某6列对称全平衡高转速曲轴为研究对象,对该曲轴轴系进行扭振分析研究。首先,借助PRO/E参数化三维建模软件,按实际图纸尺寸建立6HS-E压缩机轴系全部部件的有限元分析三维模型,并通过建立的与ANSYS Workbench之间的接口导入到不同仿真的仿真模块中,建立后续分析的有限元模型。其次利用热-动力计算平台,获取施加在曲轴曲柄销上的综合活塞力、谐波载荷及电机转子承受的扭转力矩等外部激励载荷,并将所受载荷的相对坐标按照角度关系利用MATLAB解析软件转换成分析部件受力的绝对坐标,施加在压缩机曲轴曲柄销的圆周上并设置其他边界条件。然后采用有限单元法对曲轴进行了静强度和疲劳强度分析,其中为还原真实工况,将综合活塞力以载荷步方式添加到曲轴响应的曲柄销上,获得位移、应力、应变等响应。并通过比较得出这种方法较传统分析方法的优化之处。接着对轴系进行模态分析即求解模型系统的自振特性,求出系统的固有频率及相应频率下的振型和相对振幅。最后对轴系进行动态分析即谐响应分析。分别在工作转速(定转速)和变转速条件下,研究不同谐次的简谐载荷对轴系节点应力、振幅等参数的影响,判断谐频载荷对轴系扭转振动的影响。通过对高转速全平衡曲轴扭振的分析研究发现,全平衡机架相较于对称式的机架响应幅值小,安全系数大。在大型往复式压缩机轴系各种弯曲、扭转以及弯扭组合等多种振动模态中,只有扭转可能出现共振现象,轴系的各种弯曲、横向共振在轴系动力学分析中不需要考虑。谐响应分析可得到测点的幅频特性曲线,进而观察各个测点的变化规律。本文的研究成果可以为曲轴扭振分析提供理论依据。
【关键词】：全平衡高转速曲轴 扭转振动分析 静力学分析 动力学分析
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH45
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 论文选题的背景及意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-16
• 1.2.1 往复式压缩机的研发现状14-15
• 1.2.2 曲轴扭振分析仿真研究现状15
• 1.2.3 曲轴轴系振动分析试验研究现状15-16
• 1.3 曲轴扭振分析的意义16
• 1.4 扭转振动的基本概念16-19
• 1.4.1 扭振现象16-17
• 1.4.2 扭振危害17-18
• 1.4.3 扭振产生的原因18
• 1.4.4 扭转振动的特点18-19
• 1.5 本文研究的内容及方法19-21
• 第2章 曲轴扭振分析理论基础21-31
• 2.1 全平衡压缩机结构特点介绍21-22
• 2.2 往复压缩机列的作用力分析22-23
• 2.3 轴系扭振求解方法的选择23-24
• 2.4 有限单元法24-28
• 2.5 有限元分析软件的选择28-31
• 第3章 往复式压缩机轴系静力学分析31-50
• 3.1 引言31-32
• 3.2 曲轴静力学分析模型的构建及导入32-33
• 3.3 定义材料属性及划分网格33-35
• 3.4 静力学分析边界条件的确立35-42
• 3.4.1 部件间接触形式的设定35-36
• 3.4.2 曲轴载荷及位移约束的施加36-37
• 3.4.3 曲轴载荷计算37-38
• 3.4.4 曲轴载荷的加载38-42
• 3.5 静力学分析结论42-48
• 3.5.1 曲轴等效应力计算结果42-44
• 3.5.2 与对称结构应力结果比较44-45
• 3.5.3 曲轴的强度分析45-46
• 3.5.4 曲轴疲劳强度分析46-48
• 3.6 本章小节48-50
• 第4章 往复式压缩机轴系模态分析50-60
• 4.1 引言50-51
• 4.2 模态分析理论基础51-52
• 4.3 曲轴系统的模态分析52-58
• 4.3.1 曲轴系统模态分析模型的建立及边界条件的确定52-53
• 4.3.2 ANASYS Workbench中模态分析模块的应用53
• 4.3.3 曲轴模态分析结果53-57
• 4.3.4 轴系额定转速下的共振分析57-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第5章 往复式压缩机曲轴动态响应分析60-78
• 5.1 动力学分析理论基础60-61
• 5.2 轴系谐响应分析61-66
• 5.2.1 轴系谐响应分析理论方法61-62
• 5.2.2 曲轴轴系有限元模型的建立及网格划分62
• 5.2.3 曲轴轴系约束及谐频载荷的施加62-64
• 5.2.4 轴系谐频与稳态载荷的分离64-65
• 5.2.5 轴系谐频载荷的确定65-66
• 5.3 谐响应分析结果66-77
• 5.3.1 同转速下轴系不同谐次载荷对轴系动态响应的影响规律66-75
• 5.3.2 变转速下轴系不同谐次载荷对轴系动态响应的影响规律75-77
• 5.4 本章小结77-78
• 结论78-81
• 参考文献81-85
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果85-86
• 致谢86-87

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本文编号：858489