转速波动及活塞润滑特性对空压机振动影响分析

摘要

往复式压缩机具有效率高、结构紧凑、压力大的优点，广泛应用于船舶行业。由于往复式空压机的工作特点，使得该类设备振动噪声大，因此，近年来设备振动噪声预测已成为低噪声往复式空压机的研究难点，准确掌握振源及其影响因素是低噪声设计的关键。以往关于往复式空压机动力学分析中为简化计算，假设转速恒定且忽略活塞与缸套间油膜作用力，与实际工作情况存在偏差。为此本文以级联式空压机为研究对象，探求波动转速及活塞润滑特性对空压机振动影响研究。主要工作有:
　　建立曲轴—连杆—活塞机构的动力学模型，通过实测空压机转速，将波动转速引入动力学分析模型，得到波动转速下运动部件受力，如往复惯性力、曲柄销切向力及倾覆力矩等，并与恒定转速下的受力进行对比。
　　建立了含有兰彻斯特机构的轴系扭振模型，计算轴系自由振动，并与实测的轴系扭振固有频率进行对比，验证模型的准确性。将波动转速及恒定转速下曲柄连杆受力作为扭振激励，分别计算空压机轴系的强迫振动，通过与实测数据对比验证仿真的正确性，得到波动转速对轴系扭振计算的影响规律。
　　建立活塞动力学与摩擦学耦合的数学模型，联立求解雷诺方程与牛顿力学方程，采用迭代方法求解活塞润滑油膜压力，并得到活塞实际在缸套内的运动姿态，进而得到润滑油膜对缸套的激励力特性，并与侧推力进行对比。
　　利用ANSYS软件建立往复式空压机有限元模型，通过与实测模态对比，修正边界条件，保证有限元模型的正确性。分别考虑激励源是否包含活塞油膜作用力的两种情况，开展有限元模型的谐响应分析，并均与实测振动响应进行对比，验证计算正确性并分析引入活塞润滑特性对机体振动响应计算的影响。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究背景及意义

1．2．往复式空压机曲轴动力学研究现状

1．3轴系扭振及响应分析

1．4二阶运动研究现状

1．5本文研究的主要内容

第2章计入转速波动的空压机动力学分析

2．1恒定转速下空压机曲柄连杆机构动力学分析

2．1．1运动部件动力学简化

2．1．2单缸受力分析

2．1．3曲轴轴承处作用力分析

2．2波动转速下空压机动力学

2．2．1瞬时转速测试

2．2．2波动转速下动力学分析

2．3本章小结

第3章含兰彻斯特机构的轴系扭转振动分析

3．1轴系的当量简化

3．1．1转动惯量的计算

3．1．2扭转刚度的计算

3．1．3阻尼的计算

3．1．4兰特斯特平衡系统的扭振当量分析

3．2自由振动分析

3．2．1自由振动计算

3．2．2自由振动计算结果

3．3强迫振动分析

3．3．1强迫振动计算原理

3．3．2强迫振动计算结果

3．4本章小结

第4章考虑二阶运动的活塞混合润滑分析

4．1活塞系统润滑分析

4．1．1平均雷诺方程

4．1．2活塞系统的动力学分析

4．1．3活塞裙部动压润滑分析

4．1．4流量因子的确定

4．1．5微凸体弹性接触模型

4．2数值计算

4．2．1求解过程

4．2．2计算结果分析

4．3本章小结

第5章空压机模态及响应计算与分析

5．1模态测试及仿真分析

5．1．1模态测试

5．1．2模型简化及实体模型建立

5．1．3模态仿真分析

5．2空压机振动响应

5．2．1空压机振动测试

5．2．2空压机振动响应计算及分析

5．3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢