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沈潤杰 碩士——齒輪聯(lián)軸器耦合軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學研究及應用
來源:減速機信息網(wǎng)    時間:2007年10月9日10:20  責任編輯:wangtao   
 

第四章齒輪聯(lián)軸器——軸承——轉(zhuǎn)子系統(tǒng)彎扭耦合振動理論

§4.1  引言

目前對外齒輪耦合軸系轉(zhuǎn)子動力學的研究較多,但對齒輪聯(lián)軸器耦合軸系轉(zhuǎn)子動力學的研究還很少,從目前見到的文獻看,對齒輪聯(lián)軸器聯(lián)振動的研究還只限于半齒輪聯(lián)軸器接的軸系的彎曲振動、扭矩振動以及軸向振動的討論,對全齒輪聯(lián)軸器—轉(zhuǎn)子—軸承系統(tǒng)彎扭耦合振動的討論還沒有。其主要原因為:(1)齒輪聯(lián)軸器嚙合狀態(tài)復雜力學模型不易簡化。(2)齒輪聯(lián)軸器內(nèi)外齒發(fā)生變位時載荷分布復雜,不易建立振動方程。本章在前幾章的基礎上進一步對齒輪聯(lián)軸器連接的軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行了研究,把模化后的齒輪聯(lián)軸器的剛度與軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)相結合,利用集總質(zhì)量法對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行離散化處理,建立了齒輪聯(lián)軸器彎扭耦合振動方程;列出整個軸系固有頻率方程。

§4.2  轉(zhuǎn)子—軸承系統(tǒng)固有振動方程

§4.2.1  轉(zhuǎn)子的離散化

一個實際轉(zhuǎn)子,可以看作由一根變截面的軸和分布其上的若干圓盤所組成。用集總質(zhì)量法,可將其離散成n段無質(zhì)量的彈性軸和n-1個集總質(zhì)量。如圖4.1所示。具體過程見文獻。

§4.2.2  質(zhì)點的運動方程

式4.3中右端第一項為慣性力:三、五兩項為滑動軸承的油膜力;二、四兩項為外加阻尼力及剛度力……,Pcx,Pcy則代表與系統(tǒng)本征值無關的外加激勵力、不平衡力、重力或其它控制力。ΔFx,ΔFy為齒輪動態(tài)嚙合力在x、y方向上的分量。當所簡化的質(zhì)點是各向同性時,其直徑轉(zhuǎn)動慣量θxy=Jd,極轉(zhuǎn)動慣量θz=Jp。

由式4.1得到

由此得到完全位移、轉(zhuǎn)角及其導數(shù)(x,y,,ψ,…)表示的各軸段力及力矩的平衡方程

§4.2.3  邊界條件

當轉(zhuǎn)子的兩端既不承受力,也不承受力矩時有

端點o、n處的坐標可分別用節(jié)點1、n-1處的坐標來表示

§4.2.4  無量綱化

各無量綱量按下列定義

設系統(tǒng)方程的解具有一般形式x=xoert、r=-u+iv,相應的無量綱表達X=X0eλT、λ=-U+iV,其中U=u/w、V=v/w。將第j個軸段方程與成矩陣形式:

§4.2.5  系統(tǒng)彎曲振動方程

將式(4.11)~(4.17)綜合起來,寫成矩陣形式,即可得到一段固定瓦滑動軸承——轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的彎曲振動方程

式中[M]、[C]、[K]分別為系統(tǒng)的總質(zhì)量陣、總阻尼陣和總剛度陣,位移向量{X}=(X1,Φ1,…,Xj,Φj,…,Xn-1,Φn-1)T

§4.2.6  轉(zhuǎn)子系統(tǒng)扭矩振動方程

1)軸段單元的扭矩振動方程

圖4.5所示為轉(zhuǎn)子系統(tǒng)扭矩轉(zhuǎn)振動的力學模型,其中θxj為第j個集總極轉(zhuǎn)動慣量,Kβj為第j個軸段的扭轉(zhuǎn)剛度,Kβj=,G為材料的剪切彈性模量,dj和lj分別為第j個軸段的直徑和長度,βj為θzj的扭矩轉(zhuǎn)角位移。

當忽略軸承對轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動的阻尼影響時,則第j個質(zhì)點的扭矩自由振動方程為:

按4.1.4節(jié)無量綱量定義,式(4.15)的無量綱形式為

第一個質(zhì)點和最后一個質(zhì)點,其扭矩自由振動方程為

2)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動方程

綜合式(4.20)和式(4.21),得到轉(zhuǎn)子系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)自由振動方程

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