磁悬浮轴承支承的卧螺离心机动力学分析及优化设计

发布时间：2017-09-19 00:32

  本文关键词：磁悬浮轴承支承的卧螺离心机动力学分析及优化设计

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【摘要】：将主动磁悬浮轴承(AMB)代替滚动轴承应用于卧式螺旋离心机可以有效提高其工作转速,大幅度提升分离能力和整机性能,具有较高的工程应用价值。为使离心机转子系统安全可靠运行,必须对其进行强度校核和动力学分析。在分析基础上进行结构优化则可以有效提高其综合性能。基于有限元电磁场仿真进行了径向磁轴承电磁力的计算,验证其最大承载力满足设计要求。在外部装配尺寸不变的条件下,对磁轴承定子结构和绕线骨架结构进行了优化设计,优化后的方案最大承载力提高11.88%。采用有限元方法对卧螺离心机进行转鼓的强度刚度校核和整机的动力学分析。研究了复杂装配结构的有限元建模方法,分析了双转子结构振动耦合的规律。采用模型修正的方法,以模态试验为依据,对卧螺离心机进行了参数化模型修正,获得了更为精确的有限元模型。基于专业的转子动力学有限元分析软件对卧螺离心机双转子结构进行了临界转速分析和谐响应分析,讨论了双转子耦合系统的转子动力学特性。基于分离理论,得到了离心机结构与其生产能力的关系,在I-SIGHT集成优化平台上进行优化集成以强度条件、负载条件和固有频率为约束条件,以分离能力和生产能力最优为目标,进行结构优化设计,得到了综合性能最佳的结构设计方案。
【关键词】：卧螺离心机 磁悬浮轴承 转子动力学 结构优化 模型修正
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.84
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-16
• 注释表16-18
• 第一章 绪论18-26
• 1.1 研究背景与意义18-19
• 1.2 关键技术19-23
• 1.2.1 卧螺离心机结构设计19-20
• 1.2.2 卧螺离心机强度及动力学分析20-21
• 1.2.3 有限元模型修正技术21-22
• 1.2.4 磁悬浮轴承技术22-23
• 1.2.5 复杂结构优化技术23
• 1.3 国内外研究现状23-25
• 1.3.1 国内研究现状23-24
• 1.3.2 国外研究现状24
• 1.3.3 小结24-25
• 1.4 本文主要内容与章节安排25-26
• 第二章 卧螺离心机结构强度及变形计算26-34
• 2.1 引言26
• 2.2 离心机转鼓强度计算理论26-29
• 2.2.1 离心机转鼓强度计算规范26-27
• 2.2.2 转鼓强度准则27
• 2.2.3 材料的许用应力27-28
• 2.2.4 卧螺机转鼓强度校核28-29
• 2.2.5 小结29
• 2.3 有限元方法校核卧螺机转鼓强度和变形29-33
• 2.3.1 对几何模型进行结构简化29
• 2.3.2 基于Hypermesh进行网格划分29-30
• 2.3.3 基于Patran进行有限元前处理30-31
• 2.3.4 应力和变形计算31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 卧螺离心机模态分析和有限元模型修正34-75
• 3.1 引言34
• 3.2 模态分析及模型修正理论34-35
• 3.2.1 模态分析基础理论34
• 3.2.2 模型修正理论34-35
• 3.3 卧螺离心机有限元模态分析35-47
• 3.3.1 自由-自由状态下螺旋输送器模态分析35-37
• 3.3.2 外转子模态分析37-40
• 3.3.3 轴承和花键轴连接的刚度计算40-41
• 3.3.4 整机模态分析41-43
• 3.3.5 轴承约束状态下螺旋输送器模态分析43
• 3.3.6 卧螺离心机双转子结构对其模态频率的影响43-44
• 3.3.7 预应力对固有频率的影响分析44-45
• 3.3.8 花键轴对整机模态频率的影响45
• 3.3.9 进料管的模态分析45-47
• 3.4 卧螺离心机试验模态分析47-54
• 3.4.1 试验方法及设备47-48
• 3.4.2 试验步骤48-51
• 3.4.3 试验数据处理51-54
• 3.5 仿真与试验结果对比分析54-62
• 3.5.1 螺旋输送器有限元模态分析54-55
• 3.5.2 整机有限元自由模态分析55-60
• 3.5.3 整机有限元工作模态分析60-62
• 3.6 基于试验结果的卧螺机有限元模型修正62-73
• 3.6.1 螺旋输送器模型修正62-69
• 3.6.2 整机有限元模型修正69-73
• 3.6.3 修正后模型准确性验证73
• 3.7 本章小结73-75
• 第四章 卧螺离心机转子动力学分析75-88
• 4.1 引言75
• 4.2 转子动力学基础理论75-77
• 4.2.1 转子动力学计算方法75-76
• 4.2.2 转子模态频率和其临界转速的关系76-77
• 4.2.3 双转子结构动力学特性77
• 4.3 卧螺离心机转子临界转速分析77-83
• 4.3.1 外转鼓组件临界转速分析78-80
• 4.3.2 螺旋输送器临界转速分析80-81
• 4.3.3 整机结构临界转速分析81-83
• 4.4 整机结构谐响应分析83-86
• 4.4.1 谐响应分析计算临界转速83-84
• 4.4.2 内外转子不平衡对系统振动的贡献分析84-85
• 4.4.3 基于频响结果的内外转子振动特性分析85-86
• 4.4.4 转子系统支承刚度对其各阶临界转速的影响分析86
• 4.5 本章小结86-88
• 第五章 径向磁悬浮轴承结构优化设计88-102
• 5.1 引言88
• 5.2 磁轴承载荷计算88
• 5.3 磁轴承结构设计88-94
• 5.3.1 承载力计算90-92
• 5.3.2 加工误差导致的气隙不均匀对磁轴承的承载力的影响92-94
• 5.4 径向磁轴承结构优化94-101
• 5.4.1 磁轴承电磁场分析参数化建模95-96
• 5.4.2 磁轴承中各结构参数对电磁力的影响96-97
• 5.4.3 绕线骨架的尺寸对电磁力的影响97-98
• 5.4.4 磁轴承结构参数优化98-101
• 5.5 本章小结101-102
• 第六章 卧螺离心机结构优化设计102-115
• 6.1 引言102
• 6.2 静力学分析简化模型102-104
• 6.2.1 简化模型的建立102-103
• 6.2.2 响应面模型的建立103-104
• 6.3 动力学分析简化模型104-108
• 6.3.1 螺旋输送器简化模型的建立及其验证105-107
• 6.3.2 整机简化模型的建立及其验证107-108
• 6.4 卧螺离心机生产能力计算模型108-110
• 6.4.1 分离因数108-109
• 6.4.2 Sigma理论109-110
• 6.5 优化变量的选取110-111
• 6.6 约束条件和目标函数的确立111-112
• 6.7 基于I-SGHT集成优化平台的卧螺离心机整机结构优化112-114
• 6.8 本章小结114-115
• 第七章 总结与展望115-117
• 7.1 本文研究工作总结115
• 7.2 后续研究及展望115-117
• 参考文献117-121
• 致谢121-123
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文123

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵晨;周瑾;徐园平;;响应面在磁悬浮轴承转子模型修正中的应用[J];噪声与振动控制;2015年03期

2 王琪;杨彬;刘琳;方海峰;刘汝波;黄伟彬;;卧螺过滤离心机机械振动和动载荷的分析与研究[J];应用力学学报;2014年05期

3 杨彬;王琪;方海峰;刘琳;黄伟彬;;基于Ansys的卧螺过滤离心机的动态特性优化[J];机械强度;2014年03期

4 殷海涛;姜金辉;张方;沈敏;;基于试验模态参数及结构动力学优化设计的有限元建模[J];国外电子测量技术;2012年09期

5 芮强;王红岩;欧阳华江;;机械结构动力学模型修正技术的现状与发展[J];装甲兵工程学院学报;2012年02期

6 杨钊;黄维菊;高志惠;陈文梅;;大长径比卧螺离心机螺旋输送器的有限元分析[J];过滤与分离;2011年04期

7 李永军;马立元;李世龙;王天辉;;焊接钢管的模态参数目标建模及模型修正[J];中国机械工程;2011年22期

8 肖晓伟;肖迪;林锦国;肖玉峰;;多目标优化问题的研究概述[J];计算机应用研究;2011年03期

9 陈伟;李基仁;;水力旋流器分离理论及影响因素研究[J];科技风;2011年03期

10 李云松;任艳君;程德蓉;;考虑预应力时风扇叶片模态特征分析[J];机械传动;2010年05期

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本文编号：878463