串聯(lián)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不對中故障研究

發(fā)布時間：2020-01-22

對于串聯(lián)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，主要研究其聯(lián)軸器不對中，《轉(zhuǎn)子系統(tǒng)聯(lián)軸器不對中研究綜述》中詳細(xì)介紹了含有不對中聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)建模方法、聯(lián)軸器不對中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性分析方法，并總結(jié)了聯(lián)軸器不對中對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響及其故障的振動特征。綜合各型式聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)特點和應(yīng)用范圍，研究學(xué)者對聯(lián)軸器不對中的建模方法有：
　　基于聯(lián)軸器的變形幾何關(guān)系和受力分析。根據(jù)各型式聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)和特點，分析其在不對中狀態(tài)下的變形幾何關(guān)系和受力情況，推導(dǎo)出不對中聯(lián)軸器廣義激振力與不對中量、轉(zhuǎn)速等參數(shù)關(guān)系的表達(dá)式，在此基礎(chǔ)上獲得該激振力作用下系統(tǒng)白粥運動微分方程。該方法的核心是推導(dǎo)不對中聯(lián)軸器廣義激振力的表達(dá)式。該方法的缺點是忽略聯(lián)軸器對其所在軸段剛度的影響。魏偉從柔性轉(zhuǎn)子在平行不對中剛性聯(lián)軸器作用下的變形幾何關(guān)系出發(fā)，推導(dǎo)出剛性聯(lián)軸器平行不對中的激振力的表達(dá)式。《轉(zhuǎn)子系統(tǒng)齒式聯(lián)接不對中故障的運動學(xué)機(jī)理研究》描述了不對中齒式聯(lián)軸器內(nèi)齒任意節(jié)點的運動軌跡。龍鑫通過研究齒式聯(lián)軸器的運動規(guī)律和受力情況，詳細(xì)地推導(dǎo)出齒式聯(lián)軸器不對中產(chǎn)生的徑向力表達(dá)式。
　　基于等效軸段法。用有限元法或集總參數(shù)法等把實際轉(zhuǎn)子系統(tǒng)離散費含有若干軸段和圓盤單元構(gòu)成的離散系統(tǒng)，求出離散系統(tǒng)的剛度陣和質(zhì)量陣，將由聯(lián)軸器連接后的整體系統(tǒng)看成一個多跨的軸盤系統(tǒng)，將其中的聯(lián)軸器用一等效的軸段來模化，并同時分析求解聯(lián)軸器的等效剛度。建立包含不對中聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運動微分方程。因此，該方法的核心是求出聯(lián)軸器的等效剛度，并把聯(lián)軸器等效成軸段或圓盤單元進(jìn)行分析。該分析方法的缺點是相當(dāng)于給系統(tǒng)增加了一個約束，而對聯(lián)軸器在整體系統(tǒng)中的耦合作用沒有充分重視。LeeY.S和Lee.C.W推導(dǎo)了聯(lián)軸器傳遞扭矩的表達(dá)式，并考慮聯(lián)軸器的彎曲變形及其軸向剛度，把柔性聯(lián)軸器等效為粱單元，當(dāng)該聯(lián)軸器單元由于不對中變形時，推導(dǎo)出不對中聯(lián)軸器的作用力和力矩。高洪濤、李明同時考慮聯(lián)軸器和軸承的不對中效應(yīng)，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用集總參數(shù)法將實際轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)簡化為有限個自由度的離散化模型建立了轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)的動力學(xué)模型。
　　基于系統(tǒng)整體的Lagrange能量方法。對自由度較少的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，在統(tǒng)一坐標(biāo)系下分析含有不對中聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動能和勢能(包括不對中聯(lián)軸器引起的彈性勢能和重力勢能)，然后用Lagrange方程和坐標(biāo)變換建立系統(tǒng)的能量方程，并整理獲得轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的運動微分方程。該方法的核心是確定合理的坐標(biāo)系來獲得不對中聯(lián)軸器的彈性勢能和重力勢能。該方法避開不對中聯(lián)軸器的復(fù)雜的受力分析，對于研究結(jié)構(gòu)復(fù)雜的聯(lián)軸器不對中問題，不失為一種的方法，但該方法的缺點是不適于復(fù)雜的多跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)或自由度較多的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。AL-Hussain.K.M和Redmond.I通過統(tǒng)一坐標(biāo)系，用Lagrange能量方程分別建立了兩跨對稱Jeffcott柔性轉(zhuǎn)子剛性聯(lián)軸器平行不對中動力學(xué)微分方程和兩跨剛性轉(zhuǎn)子柔性聯(lián)軸器傾角不對中動力學(xué)微分方程，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不對中效應(yīng)出現(xiàn)在系統(tǒng)的勢能方程中，即不對中量體現(xiàn)在系統(tǒng)的剛度矩陣中。根據(jù)內(nèi)齒輪副的嚙合條件、Lagrange方程和坐標(biāo)變換，建立了轉(zhuǎn)子一齒輪聯(lián)軸器系統(tǒng)的彎曲耦合振動方程。
　　這3種方法分別從不同的角度對不對中聯(lián)軸器一轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行建模。針對各型式的聯(lián)軸器不對中的特點，可以選用不同的方法對系統(tǒng)進(jìn)行建模分析求解，并通過比較分析，確定的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)建模方法。現(xiàn)有研究表明，由于不對中的影響，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動一般會出現(xiàn)偶數(shù)倍頻，并且隨著不對中程度的加劇，振動的倍頻成分所占比例會越大。