陀螺仪转子系统动力学分析

发布时间：2017-04-03 04:11

  本文关键词：陀螺仪转子系统动力学分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：轴承-转子系统作为单框架控制力矩陀螺的核心部件,是控制力矩陀螺能否正常工作且精确的完成任务的关键,因此需要对力矩陀螺的转子部分进行动力学分析,本课题的研究对象是某型号力矩陀螺的轴承转子组件组成的转子系统,研究重点分为两部分：对滚动轴承刚度的计算方法的研究和转子系统在Workbench软件中进行动力学分析得到结构的动力学特征。 轴承-转子系统动力学的重要部分就是轴承的性能,滚动轴承由于其独有的优势广泛应用在旋转机械中,同时轴承的选择也关系到了转子系统临界转速分布的合理性、稳定性以及在跨越各个临界转速时是否顺利。影响轴承性能的因素有很多,其中轴承刚度是最重要的性能指标,本文通过现有的轴承静刚度和动刚度计算方式,在确定轴承参数的条件下,计算出控制力矩陀螺高速主轴支承轴承的刚度,为后续的计算打下基础。 控制力矩陀螺的转子系统在设计过程中需要利用有限元法对结构及其稳定性进行动力学分析,包括以下几部分： 首先,介绍有限元法基础理论和有限元方法在结构动力学中的应用,以此提出针对控制力矩陀螺转子系统的动力学分析方案,这样就可以为后续的分析计算提供了理论基础和指导。 其次,为轴承-转子系统的有限元做准备工作。简要介绍力矩陀螺的结构和工作原理,以此建立转子系统的有限元单元模型和边界条件。结合第2章对滚动轴承刚度的阐述,提出在转子转速一定时轴承刚度为定值,以此计算出弹簧的轴向刚度和径向刚度。 最后,在Workbench软件中进行转子系统进行动力学特征分析,包括结构的模态分析和随机振动分析,以此得到转子结构的动力学特征,接着利用现有的分析模块进行大量计算来对转子的临界转速进行校核,在总结部分对转子结构的动力学特征进行讨论。
【关键词】：轴承-转子系统 轴承刚度 有限元法 动力学分析
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH113
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题背景和意义9-10
• 1.2 轴承-转子系统研究的内容与现状10-13
• 1.2.1 轴承-转子系统研究的内容10-11
• 1.2.2 轴承-转子系统研究的现状11-13
• 1.3 本文主要研究的内容13-15
• 第二章 滚动轴承动力学特性的理论和方法15-25
• 2.1 引言15
• 2.2 赫兹接触理论经典解15-18
• 2.3 滚动轴承中滚动体的运动18-19
• 2.4 滚动轴承刚度的计算方法19-23
• 2.4.1 滚动轴承静刚度的计算方法19-21
• 2.4.2 滚动轴承动刚度的计算方法21-23
• 2.5 阻尼23-24
• 2.6 本章小结24-25
• 第三章 陀螺转子系统有限元法的理论基础25-29
• 3.1 引言25
• 3.2 有限元方法的理论基础25-26
• 3.3 有限元法在结构动力学分析中的应用26-27
• 3.4 陀螺转子系统的有限元分析方案27-28
• 3.5 本章小结28-29
• 第四章 轴承-转子系统有限元分析准备工作29-40
• 4.1 引言29
• 4.2 研究对象-力矩陀螺简介29-31
• 4.3 Workbench软件简介31-32
• 4.4 建立转子系统的有限元模型32-35
• 4.4.1 转子系统几何模型32
• 4.4.2 轴承的等效几何模型32-33
• 4.4.3 转子系统的材料属性33-34
• 4.4.4 网格划分34-35
• 4.5 转子系统的边界条件35-36
• 4.6 弹簧刚度的计算36-39
• 4.6.1 预紧力的计算36-37
• 4.6.2 滚动体滚动体的离心力的计算37
• 4.6.3 单根弹簧刚度的计算方式37-38
• 4.6.4 弹簧刚度的计算结果38-39
• 4.7 本章小结39-40
• 第五章 力矩陀螺转子系统的动力学分析40-56
• 5.1 引言40
• 5.2 转子系统的模态分析40-42
• 5.2.1 实特征值分析的理论基础40-41
• 5.2.2 模态有效质量分析的理论基础41-42
• 5.2.3 求解方法42
• 5.3 转子系统模态分析结果42-46
• 5.3.1 模态固有频率42
• 5.3.2 模态有效质量42-44
• 5.3.3 模态振型44-46
• 5.4 随机振动分析46-55
• 5.4.1 随机振动理论基础46-47
• 5.4.2 随机振动分析过程47-49
• 5.4.3 转子系统随机振动分析结果49-55
• 5.5 转子系统动力学结论55-56
• 第六章 转子系统的校核和建议56-62
• 6.1 转子系统临界转速校核56-58
• 6.1.1 校核过程设计56-57
• 6.1.2 计算结果及结论57-58
• 6.2 轴承刚度校核58-61
• 6.2.1 滚动轴承动刚度的简化计算流程58-60
• 6.2.2 计算结果及结论60-61
• 6.3 本章小结61-62
• 第七章 总结及展望62-64
• 参考文献64-67
• 致谢67-68
• 攻读硕士学位期间已发表学术论文68

【参考文献】

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本文编号：283688