齿轮耦合的压缩机转子系统动力学特性研究

摘要

在含有齿轮传动的高速转子系统中，进行转子系统的动力学分析时应该充分的考虑到齿轮的啮合作用。齿轮间的径向力、切向力会同时引起转子系统的弯曲振动及扭转振动，即而引起转子系统的弯扭耦合振动。此外，转子系统因可能包含多个齿轮啮合单元，而各单元的齿轮形式不一，且因为各传递轴转速和转向也不尽相同，使得带有齿轮啮合的转子系统的耦合振动问题变得更加复杂。
　　本文主要研究的是含齿轮压缩机转子系统的振动特性问题，即运用转子动力学理论和有限元理论，分别研究了压缩机子转子系统、整机转子系统在不同情况下的振动特性。本文的工作主要包括以下几个方面:
　　(1)介绍了转子系统动力学的基本理论及本文所用到ANSYS相关单元，在对现有文献整理总结的基础上，推导了直齿轮及几种斜齿轮啮合刚度矩阵的具体表达形式。
　　(2)建立了齿轮增速机的动力学分析模型，考虑在不同啮合刚度矩阵下系统固有特性的差别，并分析螺旋角及轮齿啮合刚度的变化对齿轮转子系统固有特性、稳定性及振动响应的影响。
　　(3)通过对技术图纸的简化，建立了H518齿轮压缩机整机转子系统的有限元分析模型。并分别对高压端转子系统、低压端转子系统及整机转子系统的弯曲、扭转及弯扭耦合振动分别进行分析，研究因齿轮的啮合作用导致的系统固有特性的变化。
　　(4)对系统进行稳定性分析，并根据API标准进行加载，进行不平衡响应分析，得到系统在不同加载方式下的振动响应情况。
　　(5)推导了转子系统联轴器偏角不对中及平行不对中故障的动力学模型，介绍了两种不对中故障不对中力的计算方法，对不同程度不对中故障下转子系统的振动响应进行了仿真分析。
　　最后得出因齿轮的耦合作用，含齿轮啮合的转子系统与单轴分析相比，会产生新的频率成分，振型也会发生变化。通过共振区、稳定性及响应分析确定H518压缩机组的工作安全。具有不对中故障的转子系统的振动频谱中会出现工频和二倍频成分，不对中越严重，二倍频所占比例越大;在不对中故障状态下，转子的轴心轨迹呈现香蕉形或内外八字形。

目录

论文说明

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的目的及选题依据

1．2 齿轮耦合转子系统动力学研究概况

1．3 联轴器不对中故障研究现状

1．4 本文的主要工作

第二章 齿轮—轴承—转子动力学基础理论

2．1 概述

2．2 转子动力学基本术语

2．2．1 模态

2．2．2 陀螺效应

2．2．3 Campbell图

2．2．4 稳定性

2．3 齿轮—轴承转子动力学理论基础

2．3．1 动态特性的有限元方程推导

2．3．2 振动的固有频率计算

2．3．3 齿轮啮合刚度矩阵的建立

2．4 齿轮啮合刚度计算

2．5 单元类型和单元分析

2．5．1 梁单元

2．5．2 矩阵单元(刚度、阻尼、质量矩阵单元)

2．5．3 质量单元

2．5．4 轴承单元

2．6 本章小结

第三章 H518压缩机组子系统动力学分析

3．1 概述

3．2 增速机固有特性分析

3．2．1 含有齿轮的单独轴段建模分析

3．2．2 齿轮耦合系统的固有特性计算分析

3．2．3 齿轮螺旋角对齿轮耦合系统的影响

3．2．4 轮齿啮合刚度对齿轮耦合系统的影响

3．3 高低压端转子系统固有特性分析

3．3．1 高压端转子系统固有特性分析

3．3．2 低压端转子系统固有特性分析

3．4 本章小结

第四章 齿轮压缩机组整机动力学分析

4．1 概述

4．2 整机系统建模

4．3 考虑齿轮啮合H518转子系统动力学特性计算

4．3．1 H518转子系统扭转固有特性计算

4．3．2 H518转子系统弯曲固有特性计算

4．3．3 H518转子系统弯扭耦合固有特性计算

4．4 系统稳定性分析

4．5 API标准加载下系统的不平衡响应

4．5．1 激励一下的系统的不平衡响应

4．5．2 激励二下的系统的不平衡响应

4．6 本章小结

第五章 H518整机不对中故障模拟

5．1 概述

5．2 联轴器不对中

5．2．1 联轴器不对中分类

5．2．2 联轴器平行不对中激振力

5．2．3 联轴器偏角不对中激振力

5．3 转子系统不对中故障振动响应研究

5．3．1 偏角不对中振动响应

5．3．2 平行不对中振动响应

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

附录