基于复数坐标复杂轴系动力学特性研究

摘要

现代航空、船舶等动力设备结构复杂,多转子部件之间相互耦合并且受到复杂的内外源激励力作用,对于这种多转子耦合轴系,目前的计算分析方法尚不成熟。对于含有行星轮的多转子轴系,以往基于单节点的集中质量模型和基于商业有限元软件的分析方法具有较大的局限性。鉴于此,针对多转子耦合轴系,本文建立了基于复数空间的轴系动力学和瞬态响应动力学模型,并给出了轴系动力学特性和响应的分析方法。最后,建立了行星减速轴系动力学模型,同时给出了系统动力学特性的计算分析方法,并研究了轴系的动力学特性。
　　基于有限单元法建立了复数空间下耦合轴系动力学模型和弹性轮盘动力学模型,针对轮盘-转子系统分析了轮盘厚度变化对系统特性的影响。分析结果表明:弹性轮盘结构系统存在轮盘-转子耦合模态;同时随着轮盘厚度的减小,轮盘的局部模态增强。此基础上推导了对称和非对称结构的系统动力学特性计算分析方法,针对工程实际中形成的有限元模型维数巨大,给出了Guyan自由度减缩方法;并研究了不同主从自由度选取原则和数目对系统特性的影响,为工程实际中Guyan减缩方法主从自由度的选取提供指导。研究表明:Guyan自由度减缩能显著提高计算效率;保留支承节点、浮动环和密封结构相关节点、附加参数节点、连接部分相关节点、工程关心的区域和输出节点为主自由度,此时自由度减缩能同时兼顾计算精度和计算效率。
　　在Jeffcott转子瞬态动力学分析基础上给出了多自由度系统瞬态动力学模型和分析方法,针对某汽轮发电机组轴系,分析了不同角加速度下轴系的瞬态响应。分析表明:随着升速速率的增大,瞬态响应和稳态差异增大;当升速速率较大时,系统响应会出现波形现象,其总体趋势和稳态响应相同。
　　最后,针对行星齿轮轴系建立了动力学模型,并给出了系统动力学特性分析方法,针对某减速器轴系分析表明动力学模型和分析方法有效。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1课题背景

1.2转子动力学国内外研究现状

1.3行星齿轮减速器国内外研究现状

1.4本文主要研究内容

第2章 基于复数空间的轴系动力学模型

2.1引言

2.2基于复数空间的轴系有限元模型

2.3弹性轮盘结构动力学模型

2.4基于复数空间的轴系动力学方程

2.5本章小结

第3章 基于复数空间的轴系动力学特性分析

3.1引言

3.2轴系动力学特性计算分析方法

3.3轴系响应分析方法

3.4轴系自由度减缩分析及算例

3.5基于复数空间的轴系动力学特性及响应分析算例

3.6本章小结

第4章 基于复数空间轴系瞬态动力学特性研究

4.1引言

4.2瞬态分析的Jeffcott转子动力学模型

4.3瞬态分析的多自由度系统动力学分析

4.4基于复数空间的轴系瞬态分析算例

4.5本章小结

第5章 基于复数空间行星减速器轴系动力学特性研究

5.1引言

5.2基于复数空间的行星减速轴系动力学模型

5.3行星减速轴系计算分析方法

5.4某汽轮减速机组轴系分析算例

5.5本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢