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弹性联轴器的非线性动力特性同装配不对的主要原因

2021-05-10 09:42:38

一、弹性联轴器不对中转子轴承系统的非线性动力特性
在旋转机械中,不对中是仅次于不平衡的较常见的故障之一,联轴器不对中引起的附加作用力和力矩会诱发轴系的其它伴随故障,同时其它故障引起的轴系振动超标同样会引起不对中故障。不恰当的安装,转子的初始弯曲和热变形,非对称激励等使得轴系间不可能对中。因此研究不对中的产生机理和其对转子振动响应的影响,对于轴系的安装调整、故障诊断、等均具有重要意义。
由于不对中故障引起的轴系振动响应特征较容易识别和调整,而建立较为准确和普适的联轴器不对中的动力学模型困难,所以对轴系不对中机理的研究却并不充分。尽管如此,在对轴系不对中问题的研究上仍然有一些富有意义的研究成果。综述了不对中故障的机理、特征及对轴系稳定性的影响,总结不对中故障特征;星形弹性联轴器不对中转子系统的建模和分析方法;齿式联轴器不对中的建模及对轴系振动的影响,通过实验研究了各种不对中状态下轴系振动响应的特征。联轴器不对中转子的不平衡响应,并指出不对中会引起高倍频响应;不对中转子系统的振动特征,指出除不对称外,转子裂纹和刚度不对称等也会产生工频的振动响应,并提出全息频谱方法可以用于不对中故障的诊断;平行不对中和偏角不对中所引起的附加力和力矩模型,建立了不对中转子系统的有限元模型,分析并指出不对中附加力和力矩的作用位置对转子系统的弯曲模态和振动响应有很大影响;联轴器不对中转子一轴承系统在跨越系统临界转速时的瞬态响应,并指出联轴器不对中对系统临界转速的影响可以忽略;联轴器不对中的建模,不对中对转子系统一阶临界转速和稳定性的影响,并讨论了不对中的诊断识别方法。
综上所述,对于不对中转子系统的绝大部分的研究均局限于线性范围内,没有考虑滑动轴承引起的非线性效应,且只关注于转子系统在若干关键转速下的振动响应特征,转子系统在升速过程中的全局频率响应特征很少被关注。本文建立了多盘转子一滑动轴承的集聚质量模型,联轴器不对中引起的附加作用力和力矩被看作是作用于轴系上的外部激励,并考虑了非线性油膜力的影响。比较分析了在考虑联轴器不对中前后系统的振动响应特征和稳定性,分析了在升速过程中系统的频率响应特征,运动的分岔和周期特性。
联轴器不对中影响下滑动轴承支撑的多盘转子的非线性动力响应特征及稳定性,联轴器不对中所引起的附加力和力矩被看作是转子一轴承系统的外部激励,比较分析了在考虑不对中影响前后,转子一轴承系统在升速过程中的频率响应特征、运动周期性及稳定性。
二、联轴器装配不对的主要原因
舵机是舰船航行使用的装置,其低振动噪声及高性对于舰船生存能力至关重要。目前我国水面舰船通常使用的阀控操舵装置存在较大的换向冲击及节流噪声,噪声经液压管路传至全船,影响了舰船隐蔽性。自20世纪70年代以来,海军已开始研究功率电传的电液操舵方式。电液舵机具有体积小、、振动噪声低及无液压冲击的优点,可减少管路结构振动及操舵线谱噪声。
液压泵机组是电液舵机的动力单元,由电机、液压泵和联轴器组成,输出高压油至执行机构,驱动执行机构对外做功。目前,液压系统向集成化和安静化等方向发展,研究人员对液压泵机组的性和安静性的研究日益广泛。在安静性方面,研究集中在电机和液压泵的振动噪声降低措施上。在性方面,研究集中在电机和液压泵的内部结构优化设计以及电机一液压泵的连接状态上。提取电机一泵设备不对中状态特征参数,应用人工神经网络学习实现了不对中状态实时监测。针对由空心线圈和Halbach永磁结构组成的直线同步电机,提出其牵引力和法向力的一种解析计算方法,为永磁同步电机的结构设计提供了基础。指出联轴器装配不对中是引起旋转机械异常振动的主要原因之一,不对中时域波形类似正弦曲线,为1倍频、2倍频的叠加,频域波形有明显的2倍频特征。
液压泵机组属于转子系统,60%的故障是由不对中引起的,其中联轴器装配不对中是产生不对中的主要原因。目前通过研究不对中状态下的梅花形弹性联轴器振动特性,用于检测不对中状态,主要集中在齿式联轴器和膜片式联轴器,而对梅花形弹性联轴器的不对中振动特性研究较少。
梅花形弹性联轴器由弹性元件和两个半联轴器凸爪组成。相比于齿式联轴器和膜片式联轴器,具有结构简单、补偿、减振缓冲性能好等优点,适用于经常启停、换向、要求较高性的工作环境。因此,本文建立梅花形弹性联轴器不对中条件下的力学模型,研究偏角不对中的振动特性,为使用梅花形弹性联轴器的液压泵机组不对中故障检测提供理论基础与试验依据。