可同步旋转双转子稳态响应数值分析
双盘转子系统动力特性分析及优化设计
双盘转子系统动力特性分析及优化设计摘要：本文使用动力学模型来研究双盘转子系统的动力特性，并介绍优化设计方法，帮助有关工程师在实际设计中进行更有效的调优。
一些实例用来说明由此可获得的优势。
关键词：双盘转子系统，动力特性，优化设计正文：双盘转子系统是一种重要的动力机械系统，主要应用于航空航天和军事等领域，其动力特性与性能质量直接关系到其外形、大小、耐久性以及节能等，因此被广泛的重视。
本文将探讨双盘转子系统动力特性分析和优化设计的基本原理，并使用现代优化算法对双盘系统进行有效优化设计。
该文开发了一套动力学模型，用以模拟双盘转子系统的稳易性、平衡性、采样性和动态特性等。
在双盘转子系统实际设计和优化过程中，应用了模式识别技术，用以提取双盘转子系统的关键特性参数，经过综合考虑和评价，提出了相应的优化设计策略，以期实现双盘转子系统的性能优化。
最后，本文将讨论研究成果，总结双盘转子系统的动力特性分析和优化设计方法的可行性，并展望未来的研究领域。
双盘转子系统的优化设计可以应用于航空航天、军事和其他领域，以提高运行的性能和效率。
优化设计的关键在于抓住系统动力特性的参数，并通过模式识别技术进行提取，然后使用现代优化算法来实现有效的参数调优。
一般而言，双盘转子系统的优化设计可以用于调整系统中的质量系数、外形尺寸和结构构型，以便提高系统的性能和效率。
例如，在轮毂及驱动轮的设计中，通过调整其齿数或者几何尺寸，可以使系统的磨损更少，提高寿命，减少能耗；在轴和轴承的设计中，可以使用高强度材料，以降低转子的质量；在涡轮叶片的设计中，可以综合考虑涡轮叶片的参数，以更好地实现低压损失性能。
此外，还可以根据系统动力特性，进行更加系统化的优化设计，以改善系统的可靠性、耐久性和动态特性。
总之，双盘转子系统优化设计既可以提高性能又可以改善动力特性，为有关工程师提供了更有效的调优方式，是实现节能减排的重要手段。
实施双盘转子系统优化设计的有效手段是采用现代优化算法，如遗传算法、蚁群算法、模拟退火算法和免疫搜索算法等。
航空发动机双转子系统的振动特性分析
航空发动机双转子系统的振动特性分析宋雪峰【摘要】以某航空发动机双转子系统为研究对象,建盘考虑coriolis效应的双转子轴承系统的动力学模型,采用有限元法对双转子系统进行了模态分析和振型计算;分析不同转速比下转子系统的不平衡响应,发现不同转速比对转子的共振点影响极小,但是对振幅有一定的影响;研究转子的支承刚度对系统频率的影响,发现随着支承刚度的增加,转子的频率也会逐渐增大,但当刚度达到108以上时,频率变化甚小.研究结果为双转子系统的设计与计算提供理论参考.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2015(000)011【总页数】2页(P170-171)【关键词】双转子;振动特性;有限元【作者】宋雪峰【作者单位】黄石新兴管业有限公司,湖北黄石435005;北京工业大学电子信息与工程控制学院,北京100000【正文语种】中文【中图分类】O3220 引言由于发动机有着结构复杂、转速高，高低压转子之间存在转速差，同时也受到自身结构因素、支撑布局等方面因素的影响，这些因素直接影响了转子系统的动力特性，也是国内外专家学者研究的重点问题，Gunter［1］应用传递矩阵法对同向转子和反向转子系统的临界转速和不平衡响应进行了计算和分析；K Gupta［2］采用传递矩阵法计算分析了转子的临界转速，模态振型及转子间的相互激励；陈果［3］采用 Newmark-β 法和改进的 Newmark-β 法相结合的数值积分获取系统的非线性动力学响应；罗贵火［4］考虑中介轴承中的非线性因素建立了双转子系统动力学模型，通过数值分析和实验验证研究了反向旋转双转子系统的响应特性；白雪川［5］利用基础运动的航空发动机双转子模型试验台，研究了机动飞行对反向旋转双转子系统动力学特性的影响。
上述这些文献基本上都是基于传递矩阵法和数值分析来建立的求解方法，这使得具有复杂结构特征转子系统的临界转速在工程应用中受到限制。
本文以有限元理论为基础，建立某航空发动机双转子轴承系统的动力学模型，分析了双转子系统的模态特征，以及在不同激励下的响应问题，分析的结果对该类转子系统的设计和分析具有重要的参考价值。
含多耦合故障的转子系统的响应分析
含多耦合故障的转子系统的响应分析伍小莉;杨洋;葛玉梅【摘要】为研究转子系统在不平衡—平行不对中—碰摩耦合故障作用下的动力学特征,建立了转子—线性支承耦合系统的动力学模型.通过Lagrange方法推导出系统的动力学方程,采用数值仿真的方式分别分析了联轴器不对中与碰摩故障的内在联系,讨论了联轴器不对中程度以及不同的转静间隙等对转子系统动力学特性的影响规律.计算结果表明:相比于单一的不对中故障,不对中—碰摩耦合故障会使转子系统的临界转速增大且所对应的横向位移变小.同时,发现了在临界转速的二分之一处系统的幅频曲线出现跳跃现象.此外,不对中程度的增大和碰摩间隙的降低,都会加剧转子振动,进而影响系统的平稳性.【期刊名称】《成都大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(037)004【总页数】4页(P347-350)【关键词】转子—线性支承系统;平行不对中;碰摩;临界转速【作者】伍小莉;杨洋;葛玉梅【作者单位】西南交通大学力学与工程学院,四川成都610031;西南交通大学力学与工程学院,四川成都610031;西南交通大学力学与工程学院,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TH113.1;O3220 引言随着现代机械工业的快速发展，旋转机械也在向高转速、高效率的方向发展.由于一些不可避免的因素，使得旋转机械会出现各种各样的故障，降低了旋转机械的性能，有时候还会导致机器永久性的破坏，甚至发生机毁人亡的事故[1].而在旋转机械的各种故障中，不对中及碰摩是极为常见的情形.不对中故障一般可分为平行不对中、角度不对中及综合不对中.据相关资料显示，约70%的机械振动故障是由轴系不对中引起或与之相关[2].针对此情况，科研人员进行了相关的研究，并取得了一系列成果[3-7].在此基础上，本研究以某旋转机械转子系统为分析对象，利用数值仿真的方法分析了具有不平衡—不对中—碰摩耦合故障转子系统的动力学特性，并讨论了平行不对中程度与碰摩间隙对其动力学行为的影响规律.1 不对中—碰摩耦合故障下转子的动力学模型1.1 动力学方程本研究建立的考虑转盘质心和形心不同心，且存在平行不对中—碰摩耦合故障的转子系统的动力学模型如图1所示.图1 转子系统动力学模型示意图在图1模型中，左侧部件为一电机，它与右侧转子通过联轴器连接.此处，令mrp 为转盘的等效质量，mrbL、MrbR分别为左端线性支承和右端线性支承处的等效质量，k1为两端线性支承的刚度，k为转盘左右两弹性轴的刚度，kr为转盘处的碰摩接触刚度，crp为转子在转盘处的阻尼系数，crb为轴承处的阻尼系数，ΔΕ为转子平行不对中量，e为转盘质量偏心量，mc为联轴器齿套的质量，δ0为转子和静子部件间的初始间隙，f为转子与静子部件间的摩擦系数.该动力学模型中，共有6个自由度，分别为：转盘的横向自由度xrp和竖向自由度yrp，左端轴承有横向自由度xrbL和竖向自由度yrbL，以及右端轴承处的2个自由度xrbR、yrbR.转子系统的动能、势能和耗散函数分别为，T=(1)V=(2)Φ=(3)耗散系统的Lagrange方程为，(4)式中，L为Lagrange函数，L=T-V，T为系统总动能，V为系统的势能，Qj是广义力.将式(1)～(3)代入式(4)，可得，(5)式中，FxL、FyL、FxR、FyR为左右两端线性支承处的支承力，Px、Py为不对中产生不对中激振力在x、y方向的分力，Fx、Fy为由于碰摩故障产生的碰摩力在x、y方向的分力.1.2 不对中模型转子系统的不对中模型如图2所示.图2中，O1为左半联轴器轴心，O2为右半联轴器轴心，O′为齿式联轴器齿套中心，O′沿着不对中量为直径做圆周运动，即齿套中心O′的回转半径为圆形[7].平行不对中量以α为自变量，O′的坐标为(x,y)，ω为转轴的角速度.图2 不对中模型示意图齿套中心O′的运动轨迹表示为，(6)将式(6)对时间t求2阶导数，以此得到O′的加速度为，aO′(7)由于联轴器的质量较大，因此转子存在平行不对中故障时，相当于给转子施加了一个不对中激振力，激振力PO′及激振力在x、y方向上的分力Px、Py分别为，PO′=-2mcΔEω2(8)(9)式中，mc为联轴器齿套的质量，ΔE为联轴器的平行不对中量.1.3 碰摩力模型转子系统的碰摩力模型如图3所示.图3中，碰摩力分为径向碰摩力Fn和法向碰摩力Fτ.假设摩擦符合库仑摩擦定律,将碰摩力分解在x和y轴上,可以得到在x和y方向的碰摩力为，图3 碰摩力模型示意图(10)2 仿真计算与分析本研究利用龙格库塔法[8]对模型进行数值仿真与分析.转子系统的主要参数为：mrp=32.1 kg、mrbL=mrbR=4 kg、mc=2.61 kg、k=2.5×107N/m，kr=3.5×107N/m、k1=1.1×108N/m、crp=2 100 N·s/m、crb=1 050 N·s/m、e=0.01 mm、f=0.1.2.1 碰摩故障的发生对系统动力学特性的影响当转子系统高速运转时，不对中可能会诱发碰摩故障的产生.为了对比不对中故障未诱发碰摩故障与诱发碰摩故障这两种情况的动力学特性，分析了无故障转子、不对中量ΔE=0.2 mm且不发生碰摩以及不对中量ΔE=0.2 mm且碰摩间隙δ0=0.02 mm这3种状态下转子系统的幅频曲线.仿真结果如图4所示.图4 3种状态下转速—转盘横向位移图从图4可以看出，由于不对中故障，系统在约临界转速二分之一的附近出现了突起，即不对中故障会引发系统在约二分之一临界转速处振动加剧.此外，与不对中故障未诱发碰摩故障相比较，当不对中诱发碰摩故障时，系统的临界转速增大，且在临界转速处的转盘的横向位移由于碰摩的发生有所下降，当转速到达二分之一临界转速时，由于碰摩的发生，转盘的响应会出现一个突降.2.2 不对中量对不对中—碰摩耦合故障下转子系统动力学特性的影响转子系统在不对中故障和碰摩故障相互耦合作用下，会由于这种耦合故障的产生导致联轴器的不对中量在运转过程中发生改变.为研究在不对中—碰摩故障耦合下，不对中量对系统响应的影响，分析了在转静间隙为δ0=0.01 mm，分别取不对中量为0.2 mm、0.3 mm及0.4 mm时，转盘随着转速增加，其横向位移的变化趋势.仿真结果如图5所示.图5 不同不对中量下的转速—转盘横向位移图从图5可以看出，随着不对中量的增加，转盘在转速到达临界转速时，横向位移呈现增加的趋势.此外，由于不对中所产生的在约二分之一临界转速的突起会随着不对中量的增加，突起的最高点会呈现一个往后移动的趋势.2.3 转静间隙对不对中—碰摩耦合故障下转子系统动力学特性的影响当转子系统发生不对中—碰摩耦合故障时，在运转过程中由于碰撞摩擦等因素可能会导致转静间隙发生改变.为研究转静间隙的改变对不对中—碰摩耦合故障下转子系统动力学特性的影响，分析了在不对中量ΔE=0.2 mm，转静间隙取0.01 mm、0.015 mm、0.02 mm时，转盘随着转速增加，其横向位移的变化趋势.仿真结果如图6所示.图6 不同转静间隙下的转速—转盘横向位移图从图6可以看出，随着转静间隙的增大，临界转速随之减小，且临界转速对应的横向位移越来越小.此外，当转速到达二分之一临界转速附近时，由于转静间隙的增大，系统对应于最大横向位移的转速越来越大.3 结论本研究通过对一多耦合故障的转子系统的动力学特性的分析，得出如下结论：与不对中未诱发碰摩故障对比，当转子系统的不对中故障诱发碰摩故障后，系统的临界转速与临界转速对应的横向位移增大，且在二分之一临界转速的位置由于碰摩故障的发生会出现突降现象；随着不对中量的增加，不对中—碰摩耦合故障下转子系统的临界转速与临界转速对应的横向位移增大，且在约二分之一临界转速突起最高点的位置的转速和横向位移越来越大；随着转静间隙的增大，不对中—碰摩耦合故障下转子系统的临界转速与临界转速对应的横向位移减小，且在约二分之一临界转速突起最高点的位置的转速和横向位移越来越小.参考文献：【相关文献】[1]韩清凯，于涛，王德友，等．故障转子系统的非线性振动分析与诊断方法[M]．北京：科学出版社，2010．[2]王延博.大型汽轮发电机组轴系不对中振动的研究[J].动力工程，2014，24(6)：768-774，784.[3]韩捷.齿式联接不对中转子的故障物理特性研究[J].振动工程学报,1996，10(3):87-91.[4]杨洋,曹登庆,王德友,等.双盘悬臂转子的不平衡—定点碰摩耦合故障研究[J].航空动力学报,2016,31(2):307-316.[5]李兴阳,陈果.转子—滚动轴承系统不对中—碰摩耦合故障动力学分析[J].飞机设计,2009,29(3):71-80.[6]Huang Z,Zhou J,Zhang Y.Vibration characteristics of a hydraulic generator unit rotor system with parallel misalignment and rub-impact[J].Arch Appl Mech,2011,81(7):829-838.[7]Patel T H,Darpe A K.Vibration response of misaligned rotors[J].J SoundVibr,2012,325(3):609-628.[8]陈果,李成刚,王德友.航空发动机转子—滚动轴承—支承—机匣耦合系统的碰摩故障分析与验证[J].航空动力学报,2008,23(7):1304-1311.。
航空发动机转子系统的动态响应计算
航空发动机转子系统的动态响应计算张欢;陈予恕【摘要】The coupling nonlinear dynamic model of dual-rotor system was established by using finite element method,and then the critical speed of revolution and mode shape were calculated by using the software MAT-LAB.In addition,the unbalance responses of dual-rotor system were studied,and the vibration performances in different speeds of dual-rotor-casing systems were obtained.The research provides a theoretical basis for the de-sign of the dual-rotors system in engineering.%利用有限元方法建立了航空发动机双转子系统耦合非线性动力学模型，采用MATLAB计算了系统的临界转速和振型；研究了双转子结构的稳态不平衡响应，给出了双转子-机匣系统在不同转速下的运动规律，为工程中双转子系统的设计提供了一定的理论支持。
【期刊名称】《动力学与控制学报》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】8页(P36-43)【关键词】双转子系统;有限元法;临界转速;不平衡响应【作者】张欢;陈予恕【作者单位】哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨 150001;哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨 150001【正文语种】中文现代航空发动机的显著特点是高转速、高推重比，尤其对于中小型航空发动机，转子多为柔性转子，转子工作转速可能高于其一阶(或几阶)临界转速以上，而机匣的壁变薄，且结构大部分为回转壳体，转子和机匣之间相互耦合及相互影响日益加强，形成了复杂的结构动力特性，转子振动及整机振动问题十分突出．通常，航空发动机的转子通过滚动轴承支承在定子机匣上，而机匣支承在基础上，为了减少转子的振动以及调节转子的临界转速，在轴承与轴承座之间往往加有弹性支承和挤压油膜阻尼器，因此，它们之间的运动相互耦合、相互影响，从而在结构和动力学上构成了双转子－支承－机匣耦合系统［1－4］．目前对双转子临界转速的计算方法主要有两种:传递矩阵法和有限元法［5］．其中传递矩阵法特别适用于像转子这样的链式系统，但是在考虑支承系统等转子周围结构时分析较困难，且在求解高速大型转子动力学问题时，有可能出现数值不稳定现象．随着计算机技术的发展，有限元法被广泛用于转子动力学问题．随着研究的深入，转子的有限元模型也不断完善，在模型中逐渐包括转动惯量、陀螺力矩、轴向载荷、外阻内阻以及剪切变形的影响等因素［6］．有限元法在求解转子的临界转速、不平衡响应及稳定性等问题时不仅求解精度高，而且可以避免在传递矩阵法中可能出现的数值不稳定问题［7］．国内外学者在双转子系统的动力学特性计算方面做了大量工作．缪辉，王克明［5］等利用有限元软件ANSYS建立简易双转子系统的有限元模型，分别用QR阻尼法和同步响应法计算该双转子系统的临界转速以及振型．罗贵火、胡询［8－10］等人利用传递矩阵法研究了反向旋转双转子系统的临界转速、振型和不平衡响应并用实验验证了结果的正确性提出了两种反向旋转双转子系统的振动特性分析方法．申苗，唐驾时［11］等利用有限元软件对某型发动机双转子系统进行了固有频率及振型计算，并分析了轴承刚度对整个系统动力特性的影响．美国学者D．A．Glasgow等人应用模态综合法分析了双转子－轴承系统的临界转速和振型，并分析了模态综合法的精度和误差［12］．E．J．Gunter运用传递矩阵的方法计算了双转子系统的临界转速、振型和不平衡响应，分析了支承处加油膜阻尼对系统动力特性的影响［13］．张华彪等考虑机匣的影响建立双转子－机匣系统动力学模型，利用有限元方法进行了系统动特性的计算和考虑非线性因素的数值计算［114－15］．冯国全等人基于 MSC．NASTRAN 大型有限元分析软件平台，开发了反向旋转双转子系统振动特性分析求解序列，分别采用射线法和Campbell 图法对反向旋转双转子系统的动力学特性进行了研究［16］．莫延彧，李全通等以有限元法为基础，针对双转子航空发动机建立数学计算模型，对其动力学特性进行了理论计算［17］。
Muszynska模型第一类参数对转子系统双稳态响应的影响
Muszynska模型第一类参数对转子系统双稳态响应的影响杨坤;李宇;潘豹;何文博【摘要】为了抑制转子系统双稳态响应,提高转子系统运行的稳定性,利用含挤压油膜阻尼器的转子实验台,以Muszynska密封模型为基础,在忽略转子系统陀螺效应的情况下,推导建立了密封流体激振力作用下含挤压油膜阻尼器的单盘偏置转子-密封系统非线性动力学方程;并对方程进行数值计算分析.重点研究了Muszynska第一类参数对双稳态响应的影响,得到了其对双稳态响应的影响规律.仿真计算得到:密封半径间隙在较大的范围内变化时,转子系统双稳态响应区间变化最大不超过0.5％;密封长度、密封半径及密封压降在较大范围内变化时,转子系统双稳态响应区间变化均超过了5％.该分析结果为实验结果做出了预估,也为转子系统减振及优化改善转子密封系统提供了一定的理论依据.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)024【总页数】8页(P86-93)【关键词】Muszynska模型;密封流体激振力;转子-密封系统;非线性动力学方程;第一类参数;双稳态【作者】杨坤;李宇;潘豹;何文博【作者单位】中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室,天津300300;中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室,天津300300;中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室,天津300300;中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室,天津300300【正文语种】中文【中图分类】TH133Pinkus在1961年首次提出了挤压油膜阻尼器(squeeze film damper，SFD)的概念[1]；随后，英国罗·罗公司将挤压油膜阻尼器应用到航空发动机上并取得了良好的减振效果[2]。
挤压油膜阻尼器作为一种性能优越的减振装置，其被广泛地应用到航空发动机及地面高速旋转的机械中[3]。
但是，由于油膜力具有高度的非线性特性，转子系统往往会发生双稳态响应、概周期运动以及混沌运动等复杂的动力学运动[4，5]。
双转子系统临界转速及其瞬态启动研究
双转子系统临界转速及其瞬态启动研究戚胜;李想;赵晓艳【摘要】转子-轴承-基础系统有限单元法建模可以考虑陀螺力矩、横向剪切变形、内部粘性阻尼和滞后阻尼等影响,便于耦合多个转子子系统,在工程转子动力学分析中应用广泛.根据有限元单法建立转子轴承系统的动力学模型,详细推导内外转子耦合过程,得出双转子系统的运动微分方程,并且编程对数值计算.通过固有频率分析,研究双转子结构不同转速比和正反转情况下的临界转速,演示内外转子间的中介轴承刚度对系统振动特性的影响;应用有限元模型结合Newmark法,对系统启动过程进行仿真,预测启动过程中的振幅变化和轴心轨迹.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)012【总页数】6页(P47-52)【关键词】双转子系统;临界转速;瞬态响应;有限元法【作者】戚胜;李想;赵晓艳【作者单位】吉林化工学院机电工程学院,吉林吉林132012;吉林化工学院机电工程学院,吉林吉林132012;北京建筑大学,北京100031【正文语种】中文【中图分类】TH16;U463.65+1有限元法是转子轴承系统动力学分析的一种主要数值方法，另一种是传递矩阵法。
1970年，Ruhl.R.L和Booker.J.F首次将有限元法应用于转子轴承系统动力特性分析；1976年，H.D. Nelson和J.M.McVaugh建立了考虑转动惯量和陀螺力矩的系统运动微分方程；1980年，H.D.Nelson应用Timoshenko梁理论，将横向剪切效应这一因素计算在内。
经过各国学者多年努力，如今的转子动力学有限元模型包含更加完整的信息，可以考虑陀螺力矩、弯曲与横向剪切变形、内部粘性阻尼和滞后阻尼，及轴向载荷等影响，提高计算结果的精确性。
同时，在1D梁单元的基础上，发展出2D傅立叶谐波单元和3D单元。
双转子结构在航空发动机中应用相当广泛，其转子系统主要可以分为高压转子和低压转子两个子系统。
为减小航空发动机的振动与噪声、提高其稳定性和可靠性等综合性能，对双转子系统的动力特性研究很有必要。
交流电机驱动弹性连杆式振动机械的Sommerfeld效应分析
第 36 卷第 5 期2023 年10 月振 动 工 程 学 报Journal of Vibration EngineeringVol. 36 No. 5Oct. 2023交流电机驱动弹性连杆式振动机械的Sommerfeld效应分析陈晓哲，刘俊岐，钟山，李凌轩（东北大学秦皇岛分校控制工程学院，河北秦皇岛066004）摘要: 针对一类由交流电机驱动的弹性连杆式振动机械，研究了该非理想振动系统中的Sommerfeld效应。
基于拉格朗日方程，引入交流电机的数学模型，建立了该振动系统的机电耦合动力学方程。
应用平均法，推导了系统一次近似解析解及稳态运动时的电机运动方程。
根据一次稳定性判别法，获得该系统的三个稳定性条件。
通过对理论结果进行数值分析发现，交流电机驱动的非理想振动系统必须考虑机电耦合作用，因为其幅频特性曲线也具有硬式非线性特征。
对存在转速跳跃现象的案例进行分析发现，其产生原因均是电机运动方程本身是超越方程，存在多根现象。
需要将参数代入稳定性条件判断哪个状态是稳定的。
上述理论结果通过时域仿真得到了验证。
对质量、主振刚度、传动刚度、偏心半径和电机阻尼等系统参数进行了定量的数值讨论，可以为该类振动机械参数设计提供依据。
关键词: 非理想振动系统；非线性跳跃；机电耦合；交流电机中图分类号: TH113.1 文献标志码: A 文章编号: 1004-4523（2023）05-1266-07DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2023.05.010引言在人类生产活动中所应用的机械设备都是由各式各样的内燃机和电动机等原动机来提供动力输出的。
受能量守恒限制，所有的原动机能够提供的动力都是有限的，统称这类提供有限动力的原动机为非理想原动机［1］。
在一般机械系统研究中，因电机部分与机械部分无运动耦合关系，往往不考虑机械部分的运动对原动机的影响。
但是在振动系统中，由于系统振动运动的变化速度与原动机转速同频，系统的振动运动会显著影响原动机的旋转运动，进而形成一种机电耦合作用［2］。
ANSYS双转子电机的转子谐响应分析[转]
ANSYS双转⼦电机的转⼦谐响应分析[转]/s/blog_9e19c10b0102vd5y.html【问题描述】⼀个双转⼦电机如图所⽰该电机含有两个转⼦：内转⼦和外转⼦。
内转⼦是⼀根实⼼轴，较长；它的两端通过轴承与机架相连；在两端距离轴承不远的地⽅装有两个圆盘（图中没有绘制，在有限元分析中圆盘会⽤质量单元表⽰），⽽且右边的圆盘上存在不平衡质量，该不平衡质量产⽣了不平衡的⼒。
外转⼦是⼀根空⼼轴，它套在内转⼦外⾯。
外转⼦的左端与机架通过轴承相连，右端⾯通过轴承与内转⼦连接（图中没有表⽰出来）。
在外转⼦上也有两个圆盘，这两个圆盘不存在偏⼼质量的问题。
内转⼦的转速是14000转每分，⽽外转⼦的转速是21000转每分。
所有的相关⼏何尺⼨，轴承的参数，以及圆盘的质量和惯性量，在下⾯建模的时候给出。
现在要对该双转⼦电机进⾏转⼦动⼒学仿真，具体是做谐响应分析，⽬的是考察：（1）7号节点（内转⼦上）和12号节点（外转⼦上）的幅值与频率的关系图。
也就是要绘制这两个点的幅频关系曲线。
（2）在某⼀个给定频率处的转轴轨迹图。
（3）在某⼀个给定频率处转轴的涡动动画。
《注》该算例来⾃于ANSYS APDL转⼦动⼒学部分的帮助实例。
【范例说明】给出本例⼦的⽬的，是想说明：（1）如何⽤ANSYS经典界⾯做转⼦的谐响应分析。
（2）如何对转⼦系统中的轴承建模。
（3）如何建模不平衡质量。
【问题分析】1. 对于内转⼦⽤梁单元BEAM188建模,对于外转⼦也⽤BEAM188建模。
由于这⾥涉及到圆盘的位置，集中质量的位置，准备⽤直接建模法。
这就是说，先创建节点，然后由节点创建单元。
2. 对于4个轴承，使⽤COMBI214建模，该单元是⼆维的弹簧/阻尼单元，⽀持在两个⽅向上定义刚度和阻尼特性。
3.对于4个圆盘，使⽤MASS21建模。
质点单元创建在相应的转轴上，设置其质量和转动惯量。
4.由于内外转⼦的转速不同，需要分别定义两个组件，并对每个组件给以不同的转速。
某型航空发动机双转子系统动力学特性计算
某型航空发动机双转子系统动力学特性计算莫延彧;李全通;张斌;高星伟【摘要】针对双转子航空发动机的动力学特性问题展开研究,以传递矩阵法为基础,建立数学计算模型,引用经实验验证的算法,结合某型航空发动机双转子的实际结构,对其动力学特性进行理论计算,对结果进行分析,得出结论,为航空发动机转子动力学特性的调整和发动机的故障诊断提供了一些理论参考.计算结果表明:该发动机转子在额定工作转速范围内存在一阶临界转速,但临界转速远离工作转速,说明柔性转子设计合理.双转子系统中由于中介轴承的耦合作用,一个转子的临界转速随另一个转子转速的增加而增加.%A mathematics calculational model is set up,aims at the investigation of the dynamical characteristic of the double-rotors-system,bases on the transfer matrix arithmetic.A ccording as the real structure of the double rotors system of the aero-engine,the model is calculated using the arithmetic that have been validated.The result shows some conclusions which can be used for the dynamical characteristic adjustment.The conclusions also provide some consults in theory for the aero-engines 'failure diagnoses.The result indicate that this rotors system of the aero-engine has the first rank critical rotate speed in it's working rotate speed range,but the critical rotate speed is far away from the working rotate speed,the result showed that the design of this flexible rotor is reasonable.Due to the coupling function of the intershaft bearing in the double rotor system,the critical rotate speed of one rotor will increase alone with the other rotor's rotate speed.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2011(000)007【总页数】3页(P117-119)【关键词】双转子系统;动力学特性;临界转速;不平衡响应【作者】莫延彧;李全通;张斌;高星伟【作者单位】空军工程大学,工程学院,西安,710038;空军工程大学,工程学院,西安,710038;95703部队第29分队,陆良,655601;空军工程大学,工程学院,西安,710038【正文语种】中文【中图分类】TH12;V231.961 引言转子是航空发动机的重要构件。
航空发动机双转子系统随机响应分析研究
Response analysis and study on aero-engine dual-rotor system under random excitationA DissertationSubmitted for the Degree of MasterOn Aerospace Manufacturing Engineeringby GU Zhi-pingUnder the Supervision ofProf. LIU Xiao-boSchool of Aeronautical Manufacturing EngineeringNanchang Hangkong University, Nanchang, ChinaJune, 2012摘 要航空发动机是飞行器的心脏，而转子系统又是航空发动机的核心组件，因此在设计航空发动机转子系统结构前，需要充分了解航空发动机转子系统在高空工作时可能发生的振动响应情况，以便采取相应的抗振、避振措施，防止出现飞行事故。
多年以来，科研人员对发动机转子系统振动的研究主要集中在转子不平衡、转子不对中等系统内在原因引起的振动响应，很少讨论系统外在激励引起的振动响应。
大气紊流作为航空发动机转子系统高空工作时所受到的重要外激励，具有显著的随机特点，大气紊流激励下的航空发动机转子系统动力响应将是一个复杂的随机过程。
针对这种情况，研究分析航空发动机转子系统在大气紊流随机激励下的动力响应也就显得极其重要，可以为航空发动机研发人员设计抗振结构提供理论依据。
论文首先介绍了航空发动机双转子系统的使用和研究现状，阐述了机翼振动问题研究的国内外理论成果，并且回顾了虚拟激励法在随机振动领域的运用情况。
其次，详细介绍了转子动力学和机翼气动弹性力学的基本理论，以及给出了几种大气紊流模型和虚拟激励法的基本原理，并根据发动机受大气影响采用Dryden 紊流模型作为大气速度模型，建立翼吊航空发动机双转子系统在大气紊流随机激励下的运动方程。
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动
与
冲
击
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩ ＢＲＡＴ ＯＮ ＡＮＤ Ｓ Ｉ ＨＯＣＫ
可 同 步 旋 转 双 转 子 稳 态 响 应 数 值 分 析
李锡林 ，张志新 ，贺世正
（ 浙江大学 化工机械研究所 ， 杭州 ３ ０２ ） １０ ７
摘 要 ：介绍可同步微速差双转子动平衡实验装置， 建立该转子系统的动力学模型。应用有限元方法分析其临界
度 的 同步旋转 。
，
一
一
／
一
１ 联轴器 ２ 外轴承 ３ 定位销 ４ 外转子 ． ． ． ． ５ 内转 子 ６ 内轴承 ７ 带轮 ． ． ．
】 外转子端面 ２ 定位销孔 ． ．
３定位销 ４ 内转子端面 ． ．
图 １ 实验装置简图
基金 项 目 ：国家 自然 科 学 基金 资 助 项 目（０ ０ ０４） ５６ ５ ５ 收稿 日期 ：２０ ０ ０ ９— ３—２ 修 改 稿 收 到 日期 ：０９— ５— ７ ３ ２０ ０ ２ 第 一 作 者 李 锡 林 男 ， 士生 ，９ ３年 生 硕 １８ 通 讯 作 者 张志 新 男 ， 授 ，９ ４年 生 副教 １７
转 子通过 皮 带 轮 由 电机 带 动 。 内外 转 子 两 端 面上 ， 在 相同半径 的沿 圆周方 向上按 ３ 。 角 ， ０度 均匀 分布着 如 图 ２所示 的 ｌ 定位销 孔 。该 实验 装置可 以根 据实 验需 ２个
内、 外转子 的转速信号作为确定相位的基准信号 。 ’ 而 实际 的双 转 子 系统 内转 子 封 闭于 外 转 子 内， 有外 没
要 按 以下 三种 方 式 旋 转 ： 内转 子 静 止 ， 转 子 旋转 ① 外
或内转子转动 ， 外转子静止 ； 通过控制 内外转 子的 ②
电机转速 可使 内 、 转 子 按 不 同 的微 速 差 进 行差 速旋 外 转 ； 内、 ③ 外转 子 通过 端 面 定 位 销 孔 ， 行 任 意错 位 角 进
学基 金资助 。 本文针 对为研 究上述 新 方 法开 发 的可 同步 双转 子
结 构主要用 于 航 空发 动 机 ， 过 反 向旋 转 以减 小 陀 螺 通 力 矩 的影 响 ， 提高 飞 机 的机 动 性 ； 有 学 者提 出反 也
实验装 置 ， 围绕 其 动力 学 特 性 ， 点 分 析 了Ｉ 转 速 、 重 晦界 不平衡 响应 等 ， 了双转 子 系统 在单 个转 子运 行 （ 比较 内 转子 或者外转 子 ） 内外转 子 同步运 行 和 内外 转子 微 速 ， 差运 行三种 工 作状 态 下 的动 力 学特 性 ， 用 实 验 验 证 并
转速 ， 不平衡 响应 等动力学特性。比较 双转子系统在单个 转子运行 （ 内转子或者外转子 ） 内外转 子同步运行和 内外转子 、 微速差运行三种不同工作状态下 的动力学特性。并对装置的动力学特性进行 了实测 ， 结果表明该实验装置满足了可 同步 微速差双转子动平衡原理研究 的需要 。 关键词 ：双转子 ； 临界转速 ； 动平衡
伸端 ， 无法拾取 内转子 的基 准 信号 ， 不方 便 对 内转子 也 多次试 加重 。为此 ， 出了一 种不 通 过分 解拍 振 信号 ， 提
只通过 使 内外转 子 在 两 个不 同错 位 角 下 的 同 步转 动 ， 并且 只需在外 转子上试 加重 有效识 别 出内外转子 各 自
法要 求能对 内、 外转 子进 行多 次试 加 重 ， 同时 微速 差 双转 子 系统 动平 衡实 验 装 置示意 图 ， 由内外 两个转 子 构成 ， 它 内转 子通 过滚 动轴 承安装 在外 转 子 的 内壁 。外 转 子 由 电机 直 接 驱动 ， 内
了理论 分析 的结果 。
向无定子双转子发电机 ４， Ｉ 以提高发电效率 。同向旋 Ｊ
转 的双转 子结构在 工业 上 的典 型实 例是 螺旋 卸 料沉 降
离 心机 ， 的 内外转 子速差 很 小 ， 且 当差 速器 脱 钩 它 并
时 ， 以通 过差速器 外 的销 子 ， 节 差速 器 的过 渡法 兰 可 调 的连接方式 ， 实现 内外转子 的 同步转动 。 由不平 衡引起 的拍振 是 困扰 同 向旋 转 的微 速差 双 转 子系统正 常运行 的主要 因素 ， 何有 效 识别 出 内 、 如 外转 子不平 衡量是解 决该 类转 子 系统 动平 衡 问题 的关 键所 在 。常规 的基 于影 响系数 的不解 拍 整机 动平 衡方
中 图分 类 号 ：Ｔ ０ １８ Ｑ ５ ． 文 献标 识 码 ：Ａ
双转 子是 一 类 特殊 的转 子 结构 ， 由两 个 同心 的 它 转 子组成 。其 中 内转 子 的 轴 承 安装 在 外 转 子 的 内壁 ，
内外转子 实行 同向或者 反 向旋 转 。反 向旋转 的双转 子
不平 衡量 的方 法 Ｊ该 方 法 的研 究 得 到 了国家 自然 科 ，
图 ２ 同步结构示意 图
图 ３ 计算模型 图
第 ５期
李锡林等 ：可 同步旋转双转子稳态响应数值 分析
１３ ６
２ 动力学模型建立
２ １ 转 子简化 ．
圆盘 Ｐ３ 内轴 承 单 元 的结 构 Ｉ和
ｒ
（ Ｐ）
内、 外转子之间的耦合关系。
、
，
看
用 有限元方 法 分析 转 子 系 统 动 力 学 特 性 时 ， 先 首 需要建 立转 子 的计 算 模 型 ， 即将 转 子 系统 简 化成 一 系 列 刚性 圆盘 、 性 轴段 和 轴 承 等单 元 ¨ 弹 。其 中刚性 圆 盘单元具 有集 总 质 量 即集 总 转 动 惯 量 ， 刚 度 无 穷 大 其 （ 即圆盘两 端 面位 移一 致 ） 弹性 轴 段 单元 的质 量 和 转 ； 动惯量集 总到 轴 的 两 个端 面构 成 刚 性 薄 圆 盘 ， 轴 段 而 本 身则简 化为 无 质 量 的等 截 面 弹 性 轴 ， 段 内任 一 截 轴