第3章 轴系扭振-学生讲解
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课堂教学实施方案φ扭转变形。
三. 扭矩计算和扭矩图、扭矩的概念扭转变形的杆往往称之为扭转轴,扭转轴扭转时,其横截面上的内力,是一个在截面平面内的力偶,其力偶矩称为扭矩(Mt)。
、扭矩利用截面法、并建立平衡方程得到、扭矩正负号的规定确定扭矩方向的右手螺旋法则:以右手4个手指弯曲的方向沿扭矩转动的方向,大拇指伸直与截面垂例1 传动轴如图所示,转速 n = 500转/分钟,主动轮B 输入功率10KW ,A 、C 为从动轮,输出功率分别为 N = 4KW , N = 6先计算外力偶矩 Nm n N m A A 4.76500495509550Nm n N m B B 1915001095509550Mn2 = MC 、扭矩图计算外力偶矩 65955095502069.2300A A N T N mn ∙==⨯=T nmax=1432.5N·m圆轴扭转时的应力分析实验现象在两端加力偶MC ,圆轴受扭后,将产生扭转变形。
实验现象归纳1)各圆周线相对于轴线旋转了一个角度,但其形状大小及圆周线间距没有变;2)各纵向线均倾斜了一个小角度,矩形变成了平行四边形。
推论假设:①扭转时,圆轴的横截面始终为平面,形状、、切应力分布规律圆轴横截面上任一点的切应力与该点到圆轴中心的距离横截面上某点的剪应力的方向与扭矩方向相同,与圆心的连线剪应力的大小与其和圆心的距离成正比如果横截面是空心圆,剪应力分布规律一样适用,但是,空心部分没有应力存在。
、扭转切应力的计算圆截面上任意一点剪应力τ= MT ·ρ/Ip横截面上的扭矩;横截面上任一点的半径;横截面上截面二次极矩(极惯性矩)。
圆截面上最大切应力解:由前得T nmax=1432.5N·m 由强度条件设计轴直径:M Tmax / [τ]。
电信号扰动下的轴系扭振摘要本文用一种改进的Riccati扭转传递矩阵结合Newmark-β方法研究非线性轴系的扭转振动响应。
首先,该系统被模化成一系列由弹簧和集中质量点组成的系统,从而建立一个由多段集中质量组成的模型。
第二,通过这种新发展起来的程序可以从系统的固有频率和扭振响应中消除累计误差。
这种增量矩阵法,联合结合了Newmark-β法改进的Riccati扭转传递矩阵法,进一步应用于解决非线性轴系扭转振动的动力学方程。
最后,将一种汽轮发电机组作为一个阐述的例子,另外仿真分析已被应用于分析典型电网扰动下的轴系扭振瞬时响应,比如三相短路,两相短路和异步并置。
实验结果验证了本方法的正确性并用于指导涡轮发电机轴的设计。
关键词:传递矩阵法;Newmark-β法;汽轮发电机轴;电学干扰;扭转振动1.引言转子动力学在很多工程领域起着很重要的作用,例如燃气轮机,蒸汽轮机,往复离心式压气机,机床主轴等。
由于对高功率转子系统需求的持续增长,计算临界转速和动态响应对于系统设计,识别,诊断和控制变得必不可少。
由于1970年和1971年发生于南加州Edison’sMohave电站的透平转子事故,业界的注意力集中在由传动行为导致的透平发电机组内的轴的扭转振动。
当代的大型透平发电机组单元轴系系统是一种高速共轴回转体。
它是由弹性联轴器连接,由透平转子,发电机和励磁机组成。
电力系统故障或操作条件的变化引起的机电暂态过程可能导致轴的扭转振动,而轴的扭转振动对于设计来说是非常重要的。
对于透平发电机轴系扭振的研究,如发生次同步谐振和高速重合,基本的是对固有频率和振动响应的计算的研究。
当前,有限元法和传递矩阵法是最流行的两种分析轴系扭振的方法。
有限元法(FEM)通过二阶微分方程构造出转子系统直接用于控制设计和评估,而传递矩阵法(TMM)解决频域内的动态问题。
TMM使用了一种匹配过程,即从系统一侧的边界条件开始沿着结构体连续的匹配到系统的另一端。