高速旋轉(zhuǎn)軸系的扭振模態(tài)分析與實驗研究.pdf

1、近幾十年來，大型汽輪機發(fā)電機組、汽車傳動系、以及船舶發(fā)動機軸系的扭轉(zhuǎn)振動事故時有發(fā)生，人們對扭轉(zhuǎn)振動的研究也越來越深入，這一領域的研究對人們的生活生產(chǎn)安全具有非常重大的意義。人們對軸系扭振的研究目前主要集中在大型發(fā)電機組、航空發(fā)動機、汽車和船舶的傳動系軸系，對軸系狀態(tài)的在線監(jiān)測，軸系扭轉(zhuǎn)振動減振器的設計等，其中模態(tài)分析是軸系動力學分析的起點，而扭轉(zhuǎn)振動實驗研究則是扭振研究中不可或缺的重要驗證環(huán)節(jié)，因此軸系的扭振模態(tài)分析與實驗研究在軸系扭

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高速旋轉(zhuǎn)機械平臺輸出軸的主要模態(tài)參數(shù)，并運用扭轉(zhuǎn)振動測試系統(tǒng)對該輸出軸的扭轉(zhuǎn)振動做了詳盡測量。通過數(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)過和仿真數(shù)據(jù)的對比，證明了仿真結(jié)果的準確性。
　　 本文的模態(tài)分析基于Ansys有限元軟件，在分析過程中使用了節(jié)點數(shù)較多的20節(jié)點solid186單元以提高仿真的精度；同時，因為

3、模型本身尺寸較大，使用過于細膩的網(wǎng)格劃分方法將引入過多節(jié)點，導致計算無法進行；因此為了控制節(jié)點個數(shù)在合理范圍內(nèi)，同時進一步提高仿真的準確性，對尺寸突變的局部進行了單元細化。這種方法只引入有限的新節(jié)點，卻可以顯著的提高計算的精度。通過將實驗數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)的對比分析，表明：軸系的扭轉(zhuǎn)振動測量結(jié)果與仿真計算結(jié)果吻合較好。
　　 針對實驗室現(xiàn)有高速旋轉(zhuǎn)實驗平臺的具體情況，由于平臺的轉(zhuǎn)速較高，且待測軸大部分軸段處于封閉的軸承箱內(nèi)，轉(zhuǎn)軸表面

4、沒有相應的分度零件，所以并不適合用脈沖時序發(fā)來測量扭轉(zhuǎn)振動；同時，由于軸段處于高速旋轉(zhuǎn)的工作環(huán)境中，所以相應的信號傳輸變得十分困難。針對這些問題，在扭振測量的時候選擇了美國ATI公司的遙測扭振測試系統(tǒng)。由于采用了對稱加速度計的結(jié)構(gòu)，在測量時不依賴任何分度裝置；同時因為采用了先進的遙測技術，傳感器和信號接收器之間的信號傳輸不依賴電纜進行，這樣一來，使得復雜工況下的高速旋轉(zhuǎn)軸的在線扭振測量成為可能。通過前期的仿真計算，對于旋轉(zhuǎn)機械扭振模態(tài)的