反向旋转双转子系统动力学特性的有限元分析

基于Workbench的双转子系统临界转速的求解与分析
刘杰
【期刊名称】《农业装备与车辆工程》
【年(卷),期】2022(60)6
【摘要】借助ANSYS Workbench仿真分析软件进行了双转子系统的动力学研究。

首先根据真实的航空发动机系统结构,采用SolidWorks建立了双转子系统的等效
模型,然后在Workbench进行仿真分析,求得转子系统的前6阶振型图以及相应的Campbell图,通过Campbell图求得系统的临界转速,最后研究了系统参数对于临
界转速的影响。

结果表明,随着系统中支承刚度的不断增大,临界转速逐渐变大,而转速的增大却在逐渐降低。

为双转子系统在工程上的应用提供一些技术支持。

【总页数】5页(P137-140)
【作者】刘杰
【作者单位】上海理工大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】V231.96
【相关文献】
1.整体传递矩阵法求解双转子系统临界转速的改进
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5.耦合双转子系统简化及临界转速分析
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万方数据第５期张利民等：利用ＡＮＳＹＳ进行转子临界转速计算３５２算例图１ＣＯＭＢＩ２１４单元２．１算例１如图２所示的转子一支承系统，其中转子总长为１．０３ｍ，轴和盘的材料属性如下：杨氏模量Ｅ＝２．０６×１０１１Ｐａ，密度ｐ＝７８００ｋｇ／ｍ３，泊松比移＝０．３。

轴为实心轴，直径Ｄ＝０．０６ｍ；盘的厚度ｈ＝０．０３ｍ；直径Ｄ。

＝０．２ｍ；每个盘上有３６个叶片，叶片厚０．０２２ｍ，宽０．０２ｍ，高０．０４ｍ；假设轴承周向刚度对称并忽略阻尼，刚度为３×１０７Ｎ／ｍ。

模型，确定同一阶振型的正迸动与反进动固有频率‘４１。

由ＡＮＳＹＳ算出的数据绘制一维模型的ＣＡＭＰＢＥＬＬ图如下：＾雹Ｖ馨啜‘围４一维模型的ＣＡＭＰＢＥＬＬ圈根据ＣＡＭＰＢＥＬＬ图可知，前四阶临界转速为：９５Ｈｚ、１５４Ｈｚ、１８６Ｈｚ、３８１Ｈｚ。

由于篇幅原因只给出了第一阶振型和第四阶振型。

图２双支承转子一支承系统图５（ａ）一维模型第一阶振型２．１．Ｉ一雒模型求解法在ＡＮＳＹＳｌ２．０软件中建立该转子一支承系统的一维模型如图３所示。

圈３一维梗型利用有限元方法计算转子临界转速时，转子会出现正进动和反进动。

由于陀螺效应的作用，堕着转子自转角速譬的提亭，辱进动固有频考会Ｉｔｓ（ｂ）一维模型第四阶振型降低，而正进动固有频率将提高。

根据临界转速２．１．２三维模型求解法的定义，应只对正进动固有频率进行分析。

在后在ＡＮＳＹＳｌ２．０中建立的三维模型如图６所万方数据沈阳航空工业学院学报第２７卷刁≮：图６三维模型用ＡＮＳＹＳ建立带叶片的转子支承系统的三维模型时，为了准确地加载弹簧阻尼单元，需要在指定的位置加入硬点。

由于硬点只能加载到面单元和线单元上，所以如果想把硬点加载到转轴中心线上需要用ＡＮＳＹＳ中的Ｄｉｖｉｄｅ命令把三维模型用面切开。

这样就可以在面上创建硬点。

三维模型的ＣＡＭＰＢＥＬＬ图如图７所示：＾蛊Ｖ＊爨图７三维模型的ＣＡＭＰＢＥＬＬ图图８（ｂ）三维模型第四阶振型９９Ｈｚ、１５７Ｈｚ、１９０Ｈｚ、３９０Ｈｚ。

刘延柱的振动力学以及R.克拉夫、J.彭津编写、王光远等校译的结构动力学第二版【全美经典】机械振动书【机器故障的分析与监测】【机械设备故障诊断技术及方法】【机械设备故障诊断技术及应用】【旋转机械振动分析与工程应用】【旋转机械振动监测及故障诊断】这些书都可以啊，网上都可以下载到，但是建议买正版的这是陈立群教授发表在力学与实践上的，对振动类书籍的评论，您可以参考一下：国外振动新教材的内容和特点振动是国内理论与应用力学专业和工程力学专业本科必修课，也是机械、土木、航空等专业本科生或研究生的选修课。

北美大学的情况基本类似，机械、土木、航空、航天和工程力学系一般都开设振动课程。

初级课程由学过工程力学(静力学和动力学)的二、三年级本科生选修，高级课程主要是研究生选修甚至必修。

土木系的初级振动课程有时也称为结构动力学，有些大学甚至是同门课程，不同的名称和编号。

据笔者所见，欧美至少出版了几十种振动教材。

本文仅讨论部分比较“新”的教材，即1995年后出版或再版的。

最新的如2006年以后出版的教材，笔者还没有仔细阅读。

另外，限于笔者外语能力，所谓“国外”教材主要是英语教材，包括欧洲大陆学者用英语出版的教材。

而且，本文不讨论没有涉及基本振动理论例如单自由度线性振动的高级课程教材。

笔者试图尽可能简要地分析各种教材在取材和处理方面的特点，并简介作者。

最后在结束语中总结这些教材及其作者的特点。

顺便一提，在20多年前笔者开始教书的时候，提到国外原版教材总有种可望不可及的感觉，既见不到，也买不起。

渐渐地情况发生变化。

首先，随着研究经费和教学项目经费的增加，原版教材变得相对便宜，一般在千元之内，可以通过外文书店向境外出版商订购。

其次，国内的图书公司引入某些教学版本，相对便宜，每册价格通常只有二、三百元。

第三，有些出版社取得外国教材的版权在境内重印发行，价格更低。

第四，有些高校购买国外期刊电子版本的同时也购买了相应出版社的书籍电子版，这种书籍虽然以专著居多，但也有少量教材。

齿轮系统动力学齿轮系统是机械传动系统的重要构成部分，其动力学行为的研究对于机械传动与控制的优化设计具有重要意义。

齿轮系统的动力学分析包括齿轮传动的运动学分析和动力学分析两个方面，其中动力学分析是重点和难点。

齿轮传动的运动学分析是齿轮系统动力学分析的基础，其主要研究齿轮的運動機制，包括齿轮轴的旋转速度、角加速度、轴向位移、轴向转移等运动参数，以便进一步对系统进行动力学分析。

齿轮轴的旋转速度可以通过齿轮的外径和齿数计算得出，角加速度可以通过齿轮的转矩和惯量计算得出，轴向位移和转移则需要结合装配误差和齿轮的高度、基础直径等几何参数进行计算。

齿轮系统的动力学分析则是研究齿轮传动过程中的机械运动和动力特性，其中包括弹性变形、齿隙、啮合刚度、滑动摩擦等因素对系统的影响。

齿轮之间的啮合接触产生了接触应力和接触变形，为了考虑啮合接触的影响，通常需要引入扭转刚度、弯曲刚度和惯性力等因素，对系统进行动力学建模。

齿轮传动的弹性变形是影响系统动力学特性的主要因素之一，弹性变形通常表现为齿轮歪曲和齿面变形。

当发生啮合时，齿轮的弯曲和扭转将导致轴向力，产生一定程度的轴向位移。

齿隙则是齿轮体积或轴向变形所产生的加入啮合区的额外齿数，齿隙对于齿轮的传递特性具有重要影响，其调节和控制也是齿轮传动优化设计所必需的。

齿轮啮合刚度是指齿轮在不同接触点处由于弹性变形所产生的啮合剛性，其值通常由啮合点坐标和齿形参数确定，啮合刚度的变化会导致转矩的质量变化，进而导致齿轮振动和噪声。

滑动摩擦力是指齿轮啮合时由于表面分子间的作用力而产生的摩擦力，滑动摩擦力的大小受到润滑状态和表面质量等因素的影响。

为了进行齿轮系统动力学分析，需要将齿轮系统抽象成动态模型。

常用的模型包括单自由度模型和双自由度模型等，单自由度模型将齿轮系统看作一个单自由度振子，其振动分为轴向振动和转子转动振动两部分，转矩影响的是转子转动振动的幅值，而轴向力影响的是齿轮的轴向振动；双自由度模型则将齿轮系统看作两个相互悬挂的单自由度振子，其振动包括两个振型：轴向振动和转矩振动，其中转矩振动只与第一级减速器密切相关。