多失效模式大型壓縮機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動分析與可靠性穩(wěn)健設(shè)計.pdf

1、旋轉(zhuǎn)機械是應(yīng)用最廣泛、最重要的核心機械裝置之一。離心壓縮機是一種典型的旋轉(zhuǎn)機械，在能源、化工、航空航天及汽車工業(yè)等重要基礎(chǔ)工業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。
　　本文根據(jù)離心壓縮機在國產(chǎn)化道路上所面臨的問題，提出了將可靠性靈敏度設(shè)計及可靠性穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計等當代設(shè)計方法應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計制造過程中的新思路，以達到設(shè)計出滿足不同加工和使用條件下都能夠達到實際工作要求的高性能、高可靠性的產(chǎn)品的目的。基于此，本文主要做了以下工作:
　　1.詳

2、細闡述了隨機復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)與可靠性穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計的理論體系和基本框架，描述了大型壓縮機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動分析、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計的主要任務(wù)和基本內(nèi)容。
　　2.提出了以三維幾何建模軟件、有限元分析軟件和多體動力學(xué)仿真軟件為平臺的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)三維動態(tài)響應(yīng)綜合分析方法，建立了參數(shù)化剛?cè)峄旌戏蔷€性轉(zhuǎn)子動力學(xué)模型，通過添加適當?shù)募s束，合理地簡化了油膜、扭矩、工作轉(zhuǎn)速等影響系統(tǒng)可靠性的性能參數(shù)，對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行了剛?cè)峄旌蟿恿W(xué)仿真分析。最后

3、，識別出大型直聯(lián)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的主要失效模式，分析了轉(zhuǎn)軸的動態(tài)應(yīng)力響應(yīng)特性。
　　3.基于轉(zhuǎn)子動力學(xué)的相關(guān)理論建立了通用的斜齒輪彎—扭—軸—擺全自由度耦合動力學(xué)模型，提出了一種新型的聯(lián)軸器建模方式，建立了不同耦合形式、不同激勵形式、不同聯(lián)軸器建模形式下的系統(tǒng)有限元模型，根據(jù)PTA裝置齒輪耦合壓縮機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力特性，定性分析了主動軸的旋轉(zhuǎn)方向、主動軸的選擇、螺旋角、嚙合剛度、嚙合阻尼、方位角、軸承剛度等多個參數(shù)對系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響。最

4、后，根據(jù)不平衡響應(yīng)結(jié)果識別出系統(tǒng)的主要失效原因，建立了碰摩失效模式和共振失效模式，為進一步的可靠性及可靠性穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計提供指導(dǎo)。
　　4.將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融入到可靠性設(shè)計中，訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型代替有限元模型從而提高了復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的計算效率。結(jié)合隨機攝動技術(shù)、可靠性設(shè)計和可靠性靈敏度設(shè)計相關(guān)理論，建立了動態(tài)應(yīng)力可靠性模型，提出了對具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的非線性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的可靠性靈敏度設(shè)計的新方法，研究了設(shè)計參數(shù)的改變對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)可靠性的影響，

5、得到了可靠性對基本隨機變量均值和方差的靈敏度，將各個基本隨機變量對可靠性的影響程度進行了排序，得出了分析結(jié)論并為產(chǎn)品設(shè)計階段提供理論指導(dǎo)。
　　5.闡述了可靠性優(yōu)化設(shè)計、可靠性穩(wěn)健設(shè)計的相關(guān)理論及推導(dǎo)公式，基于多平行軸齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性分析結(jié)果，定量給出對系統(tǒng)影響較大的基本隨機變量，確立了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的兩種失效模式:碰摩失效模式和共振失效模式，建立可靠性（失效）模型，將對復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行了可靠性設(shè)計和可靠性靈敏度設(shè)計，在基本隨機變

6、量是混合變量的情況下對其靈敏度進行了無量綱化，將基本隨機變量對可靠性的影響程度進行了排序，提取出對可靠性影響較大的參數(shù)，在保證一定可靠度前提的基礎(chǔ)上，對隨機結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進行可靠性穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計，使得這些參數(shù)對系統(tǒng)的可靠度變的不再敏感，從可靠性意義上提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為工程實際提供一些理論參考。
　　6.研究了具有相關(guān)性的齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的可靠性設(shè)計與可靠性靈敏度設(shè)計問題。在已有文獻的基礎(chǔ)上，基于二階窄界限理論定量地給出了相關(guān)系統(tǒng)的可靠度，推