复杂齿轮耦合转子-轴承系统动力学的规范建模方法

由于齿轮的耦合作用,齿轮-转子-轴承系统中各个转子的振动是相互耦合、相互影响的,研究齿轮-转子-轴承系统动力学,必须基于系统的、整体的观念进行分析。因此,齿轮-转子-轴承耦合系统动力学建模和模型降阶一直是人们普遍关注的问题。基于齿廓啮合基本定理,给出了直齿轮、斜齿轮、直齿锥齿轮、弧齿锥齿轮共4种齿轮的几何耦合模型(或称运动耦合模型);利用耦合模型矩阵,给出了含以上4种齿轮副的复杂齿轮转子-轴承系统纵-弯-扭耦合动力学研究的统一、方便、规范的建模方法。为复杂齿轮-转子-轴承耦合系统动力学分析研究提供了方便。

滑动轴承支撑下齿轮耦合转子系统弯扭耦合振动特性分析

在综合考虑齿轮副齿侧间隙以及滑动轴承的油膜力等非线性因素的基础上,建立滑动轴承-双转子-齿轮耦合系统的非线性动力学模型。通过数值仿真的方法研究耦合系统参数对齿轮副啮合冲击特性的影响规律,以及系统稳定性随转速的分岔规律。研究结果表明,滑动轴承的油膜对齿轮耦合转子系统的混沌运动具有显著的镇定作用;滑动轴承间隙以及转子质量偏心设计不当将会导致系统齿轮副产生单边冲击现象。

滚动轴承支撑下齿轮耦合转子横向振动建模及非线性动力学特性

在综合考虑滚动轴承游隙、齿轮副齿侧间隙以及时变啮合刚度等非线性因素的基础上,建立滚动轴承支撑下的齿轮耦合转子系统的横向振动非线性动力学模型,并通过数值仿真的方法对系统运动状态的分岔规律以及动力学频响特性进行研究。研究结果发现:在非线性轴承力的激励下,转速、轴承游隙以及轴承阻尼的变化,都会导致系统通过不同的分岔途径进入到混沌运动状态;质量偏心以及齿侧间隙的增大都会使系统响应由简单的轴承力激振频率及其倍数频逐渐复杂化为离心力激振频率、轴承力激振频率、以及二者的各种线性组合频率共存的情况,齿轮啮频成分也出现在系统响应中,但始终处于弱势地位。

DH型透平压缩机齿轮耦合转子—滑动轴承系统动力学设计的理论与应用

介绍了齿轮耦合转子—滑动轴承系统动力学设计的一般理论,并应用于某DH型透平压缩机齿轮耦合转子—滑动轴承系统的动力学设计,整机实验测试表明,按文中理论设计整定的该压缩机转子—滑动轴承系统的动力学性能优良,完全满足工程设计要求。

含裂纹的齿轮耦合转子系统非线性动力学特性分析

在考虑滑动轴承的非线性轴承油膜力以及齿轮齿侧间隙影响的情况下,综合了转轴裂纹以及齿轮质量偏心等常见故障,建立了齿轮耦合转子系统的振动模型并推导了系统的无量纲运动方程。利用数值积分对方程进行了求解,并分析了齿侧间隙以及转轴横向裂纹对齿轮耦合转子系统非线性动力学特性的影响。

复合故障状态下行星齿轮-转子耦合系统振动响应特性研究

目前,国内外学者对齿轮-转子耦合系统的动力学特性进行了研究,但是上述研究均没有考虑行星齿轮-转子复合故障状态。为此,以单级行星齿轮箱为例,通过构建含转子偏心和齿根裂纹故障的行星齿轮-转子耦合系统动力学模型,对复合故障状态下的行星齿轮-转子耦合系统振动响应特性进行了仿真分析和实验研究。首先,采用了集中参数法和Timoshenko梁理论,考虑了时变啮合刚度、支撑刚度、阻尼、陀螺效应、传动轴柔性等因素,建立了含转轴偏心-齿根裂纹复合故障的行星齿轮-转子耦合系统动力学模型;然后,采用了时间历程、频谱、轴心轨迹及相轨迹等方法,并根据其数值分析了不同故障对系统动态特性的影响,研究了偏心状态下裂纹扩展对系统振动响应特性的影响;最后,采用不同裂纹故障测试实验,验证了模型的准确性。研究结果表明:转轴偏心对啮合振动的影响显著,在行星轮系故障特性的分析中不可忽视;偏心-裂纹耦合影响下,系统振动响应由不平衡振动、正常啮合振动、故障冲击振动多源耦合而成,频谱中出现了转频f_( r)、啮合谐波kf _(m)以及复杂边带成分kf _(m)±f _(r)、kf _(m)±f _(r)±nf _(sc),并且随着裂纹程度的加大,调制现象更加明显。该研究结果可以为行星齿轮-转子系统复合故障诊断提供一定的理论依据。

系统参数对多平行轴齿轮-转子系统固有特性的影响

建立了一个三平行轴齿轮耦合转子系统的有限元模型,利用Matlab软件对其进行了固有特性的分析,通过与成熟有限元分析软件ANSYS的计算结果进行对比,验证了该模型和计算结果的正确性。并在此基础上,分别讨论了齿轮啮合刚度、安装角、螺旋角以及轴承刚度对系统弯-扭-轴-摆耦合固有特性的影响。结果表明,齿轮参数会影响系统耦合新频率,而轴承刚度则会造成系统固有频率的突变以及振型的变化。该研究结果为传动系统的优化设计提供了理论基础。

齿轮轴系参数匹配对系统不平衡响应的影响

研究了齿轮耦合轴系结构参数匹配对系统不平衡响应的影响。结果表明,齿轮耦合轴系的不平衡响应幅值的大小取决于系统转子之间的参数匹配,参数匹配得当,齿轮耦合将会对系统的不平衡响应起到很好的抑制作用,反之,将加剧系统的不平衡响应。

多平行轴系离心压缩机振动耦合传递特性研究

整体齿轮增速式压缩机由于其结构紧凑、效率高而在现代流程工业中得到广泛的应用,然而由于该类型压缩机为多平行轴系结构,其轴承载荷随着压缩机负荷而发生变化,使得该类转子的动力学分析异常复杂。本文以某实际压缩机组为研究对象,建立了齿轮-轴承-转子的弯曲-扭转耦合系统有限元模型。首先对未耦合的单转子进行刚性支撑下的模态分析和弹性支撑下的不平衡响应分析,并同实测结果对比以确定分析结果的可靠性。在此基础上,研究并揭示了轴承载荷导致的刚度系数变化对转子临界转速和不平衡响应的影响规律,同时对比分析不平衡振动在各个转子之间的传递特性。研究结果表明转子振动幅值会随着压缩机负荷的增加而增加,而齿轮啮合刚度会增大转子振动对不平衡的敏感程度。本论文研究结果可为齿轮增速式离心压缩机的设计以及基于模型的压缩机故障诊断提供一定的理论参考。

整体齿轮式压缩机在CCS中的应用

碳捕捉和封存技术作为控制CO_(2)排放的有效手段,正在受到越来越多的关注,其应用和建设也越来越广泛,并已成功商业化。碳捕捉和封存中CO_(2)的压缩和注入需要压缩机提供压力,相较于往复压缩机和传统单轴离心压缩机,整体齿轮式压缩机凭借其独特优势在碳捕捉和封存项目中的应用越来越多。同时由于碳捕捉和封存应用中CO_(2)的特殊物性及需要的高压力,以及整体齿轮式压缩机的独特结构,整体齿轮式压缩机在碳捕捉和封存中的应用面临诸多挑战。本文重点从CO_(2)真实气体效应、高压缩比、齿轮转子系统耦合动力学分析、机械密封选用、级间冷却器的设计配置和工厂性能测试等方面,阐述了碳捕捉和封存中整体齿轮式压缩机面临的难题和应对的技术,可为碳捕捉和封存项目中整体齿轮式压缩机的设计和选用提供参考。

某空气涡轮起动机转子系统动力学特性分析

行星齿轮系统是某型空气涡轮起动机的重要组件之一,涡轮转子通过齿轮系统将动力输出,涡轮转子和齿轮系统耦合在一起。将齿轮啮合简化为一种特殊支承,支承刚度通过齿轮啮合刚度在轴心方向的投影得到。根据当量齿形法,采用石川模型计算得到齿轮的形变量及啮合刚度的平均值,基于Ansys经典界面,建立涡轮转子-齿轮系统简化有限元模型,对其进行临界转速特性分析和不平衡激励的谐响应分析。结果表明:系统在上升到最高转速的过程中存在两阶临界转速。研究揭示了运载过程中空气涡轮起动机转子系统在不平衡激励下的动力学行为,可为实际工程应用中的起动机转子系统优化设计、振动控制等提供理论依据。