变频电机驱动的齿轮轴系的弯扭耦合分析
发布时间：2020-04-14 22:07
【摘要】：进入新世纪以来,国家对于节能环保越来越重视,高耗能企业对能源的使用效率也得到了越来越多人的关注。随着各行业大量的电机驱动机组使用变频技术改造,在很大程度上促进了企业的节能减排、降低成本。然而,避免扭振问题导致的主轴或联轴器失效,是变频电机推广的和使用的核心问题。本文针对变频电机驱动轴系的扭振从机电耦合和弯扭耦合两方面,主要进行了以下研究:(1)在MATLAB环境下开发了转子动力学计算软件Comdyn_rotor,使用有限元法建立了转子系统的有限元模型,可用于弯曲、扭转和弯扭耦合轴系计算。并通过和Dyrobes对比验证了计算的准确性。(2)以一个实际电机轴系为例建立了有限元齿轮轴系耦合模型,分析了各轴单独的固有频率和不平衡响应。在这基础上计算了扭转耦合轴系的固有频率和不平衡响应,说出现了耦合新增振动峰值。计算了弯扭耦合轴系的固有频率和不平衡响应,结果表明不计算耦合和只计算扭转耦合都是不准确的,扭振频率和响应会被弯扭耦合影响发生偏移,因而在计算轴系扭振时应考虑弯扭耦合影响。(3)在MATLAB环境下开发了扭振启车和变频激励计算模块,并使用模态缩减法来降低计算的复杂度。验证了扭振启车计算的准确性。对齿轮耦合轴系的同步电机激励和变频电机激励进行分析,结果表明启动时在经过某些转速时会激发扭振,其共振频率与Cambell图中扭振频率相吻合。在变频谐波的激励下,轴系在低转速范围内也发生了扭振现象,说明需要单独对变频驱动进行计算分析。最后计算了轴系的疲劳,该轴系联轴器处的应力低于低周疲劳极限,不会发生疲劳破坏现象。(4)使用状态空间方程对轴系进行转化,并验证了结果的准确性。对齿轮耦合模型进行了机电耦合分析,发现该转子在阻尼较小时,在额定转速1800rpm发生了扭转共振,原因是电机激发的谐波扭矩与二阶固有频率很接近。接下来分析了电机转速测量位置和阻尼对轴系振动的影响。不同测量位置对振动的敏感度不同,改变测量位置可以减轻扭转共振现象。此外,通过增加轴系的整体阻尼,也可以抑制谐波激励产生的扭转共振。
【图文】：
构建轴单元时，通常会省略掉圆角、键槽等部分进行建模。轴单元划分的精细与否将逡逑直接影响计算结构的准确性。逡逑图２－１为一个简化为两个节点的轴单元模型，分别在单元的左右轴端中心处。将逡逑受力转化为节点位移，而位移有６个自由度，对应沿Ｘ，Ｙ，，Ｚ轴的平动和沿Ｘ、Ｙ、逡逑Ｚ轴的旋转。设左右节点分别为１、２号节点，即该单元的位移可写作：逡逑ｑ．ｖ邋＿［义１，少丨，：丨，l挘保保蓿保琹挘贺保玻伲玻玻玻琹挘海玻蓿迹玻琹挘海玻荩у危ǎ玻卞澹╁义掀湓硕⒎址匠炭尚醋鳎哄义希停唬矗螅牵ⅲ洌瘢疲箦危ǎ玻玻╁义掀渲校停蟆ⅲ牵蟆ⅲ芊直鹞ピ闹柿俊⑼勇莺透斩染卣
本文编号：2627759
【图文】：
构建轴单元时，通常会省略掉圆角、键槽等部分进行建模。轴单元划分的精细与否将逡逑直接影响计算结构的准确性。逡逑图２－１为一个简化为两个节点的轴单元模型，分别在单元的左右轴端中心处。将逡逑受力转化为节点位移，而位移有６个自由度，对应沿Ｘ，Ｙ，，Ｚ轴的平动和沿Ｘ、Ｙ、逡逑Ｚ轴的旋转。设左右节点分别为１、２号节点，即该单元的位移可写作：逡逑ｑ．ｖ邋＿［义１，少丨，：丨，l挘保保蓿保琹挘贺保玻伲玻玻玻琹挘海玻蓿迹玻琹挘海玻荩у危ǎ玻卞澹╁义掀湓硕⒎址匠炭尚醋鳎哄义希停唬矗螅牵ⅲ洌瘢疲箦危ǎ玻玻╁义掀渲校停蟆ⅲ牵蟆ⅲ芊直鹞ピ闹柿俊⑼勇莺透斩染卣
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