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运用综合设计法的多功能转子-轴承试验平台设计及实验研究

黄逢超 付豪 贾海峰 张悦 罗跃纲

黄逢超,付豪,贾海峰, 等. 运用综合设计法的多功能转子-轴承试验平台设计及实验研究[J]. 机械科学与技术,2023,42(2):203-211 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200561
引用本文: 黄逢超,付豪,贾海峰, 等. 运用综合设计法的多功能转子-轴承试验平台设计及实验研究[J]. 机械科学与技术,2023,42(2):203-211 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200561
HUANG Fengchao, FU Hao, JIA Haifeng, ZHANG Yue, LUO Yuegang. Design and Experimental Study of Multifunctional Rotor-bearing Test Platform using Comprehensive Design Method[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(2): 203-211. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200561
Citation: HUANG Fengchao, FU Hao, JIA Haifeng, ZHANG Yue, LUO Yuegang. Design and Experimental Study of Multifunctional Rotor-bearing Test Platform using Comprehensive Design Method[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(2): 203-211. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200561

运用综合设计法的多功能转子-轴承试验平台设计及实验研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200561
基金项目: 国家自然科学基金项目(51875085)与辽宁省自然科学基金项目(20170540205)
详细信息
    作者简介:

    黄逢超(1996−),硕士研究生,研究方向为旋转机械故障诊断,878995859@qq.com

    通讯作者:

    罗跃纲,硕士生导师,博士,luoyg@dlnu.edu.cn

  • 中图分类号: TH165.3

Design and Experimental Study of Multifunctional Rotor-bearing Test Platform using Comprehensive Design Method

  • 摘要: 以大型旋转机械转子系统为研究对象,利用综合设计法设计模拟试验装置。功能优化设计通过编写试验台任务书,确认系统的功能,通过二级模糊评价方法确认总体设计方案。动态优化设计完成基于ANSYS Workbench仿真分析软件对四跨转子系统进行模态分析与谐响应分析,获得前六阶固有频率及振型。研究不同支撑刚度对转子系统临界转速的影响,通过坎贝尔图观察随着转速的升高,转子系统的固有频率的变化情况,还通过谐响应分析得出在不同载荷下转子系统的振幅规律。智能优化设计完成了平行不对中与偏角不对中实验装置的设计,可以精确控制不对中量。试验研究偏角不对中做了不对中量为1°与2°两组试验研究;平行不对中做了不对中量为1 mm与2 mm两组试验研究。系统不仅会有工频还会出现二倍频,随着偏角不对中量的增加二倍频成分也更加明显,幅值会增大;轴心轨迹出现″8″字形与内凹形。出现平行不对中时系统二倍频占主要成分且出现明显的三倍频。
  • 图  1  转子试验台功能分解

    图  2  多功能转子试验装置装配图

    图  3  添加约束和载荷

    图  4  四跨转子系统网格划分

    图  5  前6阶模态振型图

    图  6  谐响应分析添加载荷

    图  7  幅频响应曲线图

    图  8  66.7 Hz频率下不同载荷的幅值变形量

    图  9  40.2 Hz频率下不同载荷的幅值变形量

    图  10  转轴不对中的3种状态

    图  11  平行不对中装置

    图  12  平行不对中装置工作原理

    图  13  偏角不对中装置装配图

    图  14  偏角不对中工作原理

    图  15  四跨试验台试验装置

    图  16  测试系统组成图

    图  17  转子系统正常工况下的升速三维瀑布图

    图  18  健康状态转速为2 700 r/min时轴心轨迹与频谱图

    图  19  偏角不对中为1°转速为2700 r/min时轴心轨迹与频谱图

    图  20  偏角不对中为2°转速为2700 r/min时轴心轨迹与频谱图

    图  21  平行不对中1 mm转速为2700 r/min时轴心轨迹与频谱图

    图  22  平行不对中2 mm转速为2700 r/min时轴心轨迹与频谱图

    表  1  初步设计方案

    序号分功能与
    系统结构
    功能实现方式与结构
    ABC
    1传动方式直接间隔隔震垫
    2隔震方式一次两次
    3隔震原件橡胶弹簧隔震垫
    4转速控制手动调速器
    5轴盘接触锥轴压紧套
    6联轴器类型膜片联轴器齿式联轴器滑块
    联轴器
    7驱动直流电机交流电机
    8保护装置铁丝保护网塑料保护罩
    9油压控制油压泵手动
    10传感器选择光电+加速度光电+速度光电+位移
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    表  2  材料属性

    物体名称材料杨氏模量/Pa密度/(kg·m−3泊松比
    轴、转子40 Cr2.11×101179000.3
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    表  3  支承刚度为1×106 Nm时的固有频率

    阶次  12345
    频率/Hz40.259.265.385.1109.2
    下载: 导出CSV

    表  4  支承刚度为2×107 Nm时的固有频率

    阶次  123456
    频率/Hz40.259.966.786.6111.1144.8
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    表  5  支承刚度为2×108 Nm时的固有频率

    阶次  123456
    频率/Hz40.260.867.888.1113.8147.6
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-23
  • 网络出版日期:  2023-03-27
  • 刊出日期:  2023-02-25

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