高速旋轉(zhuǎn)軸系的扭振模態(tài)分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、近幾十年來(lái)，大型汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組、汽車傳動(dòng)系、以及船舶發(fā)動(dòng)機(jī)軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)事故時(shí)有發(fā)生，人們對(duì)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的研究也越來(lái)越深入，這一領(lǐng)域的研究對(duì)人們的生活生產(chǎn)安全具有非常重大的意義。人們對(duì)軸系扭振的研究目前主要集中在大型發(fā)電機(jī)組、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車和船舶的傳動(dòng)系軸系，對(duì)軸系狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)，軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)減振器的設(shè)計(jì)等，其中模態(tài)分析是軸系動(dòng)力學(xué)分析的起點(diǎn)，而扭轉(zhuǎn)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究則是扭振研究中不可或缺的重要驗(yàn)證環(huán)節(jié)，因此軸系的扭振模態(tài)分析與實(shí)驗(yàn)研究在軸系扭

2、振的研究中占有非常重要的地位。
　　 本文基于Ansys仿真軟件，著重研究了武漢理工大學(xué)高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械平臺(tái)輸出軸的主要模態(tài)參數(shù)，并運(yùn)用扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)該輸出軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)做了詳盡測(cè)量。通過(guò)數(shù)據(jù)分析和后處理，成功的提取出了該軸段的扭振一階固有頻率。經(jīng)過(guò)和仿真數(shù)據(jù)的對(duì)比，證明了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　 本文的模態(tài)分析基于Ansys有限元軟件，在分析過(guò)程中使用了節(jié)點(diǎn)數(shù)較多的20節(jié)點(diǎn)solid186單元以提高仿真的精度；同時(shí)，因?yàn)?/p>

3、模型本身尺寸較大，使用過(guò)于細(xì)膩的網(wǎng)格劃分方法將引入過(guò)多節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致計(jì)算無(wú)法進(jìn)行；因此為了控制節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在合理范圍內(nèi)，同時(shí)進(jìn)一步提高仿真的準(zhǔn)確性，對(duì)尺寸突變的局部進(jìn)行了單元細(xì)化。這種方法只引入有限的新節(jié)點(diǎn)，卻可以顯著的提高計(jì)算的精度。通過(guò)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，表明：軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測(cè)量結(jié)果與仿真計(jì)算結(jié)果吻合較好。
　　 針對(duì)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有高速旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的具體情況，由于平臺(tái)的轉(zhuǎn)速較高，且待測(cè)軸大部分軸段處于封閉的軸承箱內(nèi)，轉(zhuǎn)軸表面

4、沒(méi)有相應(yīng)的分度零件，所以并不適合用脈沖時(shí)序發(fā)來(lái)測(cè)量扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；同時(shí)，由于軸段處于高速旋轉(zhuǎn)的工作環(huán)境中，所以相應(yīng)的信號(hào)傳輸變得十分困難。針對(duì)這些問(wèn)題，在扭振測(cè)量的時(shí)候選擇了美國(guó)ATI公司的遙測(cè)扭振測(cè)試系統(tǒng)。由于采用了對(duì)稱加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)，在測(cè)量時(shí)不依賴任何分度裝置；同時(shí)因?yàn)椴捎昧讼冗M(jìn)的遙測(cè)技術(shù)，傳感器和信號(hào)接收器之間的信號(hào)傳輸不依賴電纜進(jìn)行，這樣一來(lái)，使得復(fù)雜工況下的高速旋轉(zhuǎn)軸的在線扭振測(cè)量成為可能。通過(guò)前期的仿真計(jì)算，對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振模態(tài)的