有限元法转子分析

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有限元法转子分析引 言
转 子 系 统 质 量 不 平 衡 是 回转 机 械 ， 特 别 是 高 速
旋 转 机 械 振 动 的 主要 激 振 力 。 统 计 资 料 表 明 ： 现 场 发
生 的 机 组 振 动 故 障 ， 属 于 转 子 质 量 不 平 衡 的 约 占
7 5 以上 ， 转 子 动 平 衡 是 消 除 现 场 运 行 的 回转 机 械
振 动 的- 项 重 要 措施 。
模 态 平 衡 方 法 和 影 响 系 数方 法 ( I C M ) 是 平 衡 弹
性 转 子 的 主要 方 法 [ 1 叫] 。 此 外 ， 基 于 上 述 两 种方 法 提
出 了综 合 平 衡 法 ， 充 分 发 挥 模 态 平 衡 法 和 影 响 系 数
法 的 优 点 ， 以更 少 的试 车 次 数 达 到 更 好 的 结 果 。 文献
[ 5 ～6 ] 提 出了把两种方法结合起 来使用的混合 平衡
方 法 。本 文 是 在 转 子 动 力 学 理论 基 础 上 通 过有 限元
数 值 模 拟 和 影 响 系 数 方 法 实 现 虚 拟 动 平 衡 过程 。研
究 中通 过 - 个 数 值 转 子 模 型 来 实 现这 - 过 程 ， 同 时
通 过 试 验 验证 这 - 过 程 的 准 确 性 。提 出 的 虚 拟 动 平
衡 仿 真 过 程 能够 将 平衡 过 程 中的 不 同 平 衡 平 面 和试
重 的平 衡 结 果 在 计 算 机 数 值 模 型 中模 拟 ， 寻 找 最 优
的平 衡 方 案 ， 从 而 最 大 限 度 地 降 低 实 际 动 平 衡 过 程
小 系 统 的振 动 。在 模 拟 过 程 中可 以通 过 偏 心 质 量来
定 义 类 似 曲柄 或 - 些 由于 制 造 误 差 等 引 起 的不 平 衡
质 量 。本 文 的 研 究 方 法 是 在 转 子 动 力 学 理 论 基 础 上
通 过 有 限元 数 值 模 拟 和 影 响 系 数 方 法 实 现 虚 拟 动平
衡 过 程 。首 先 通 过 在 有 限 元 模 型 上 施 加 试 重 后 的分
析 结 果 ， 全 面 地 掌握 系统 的 动 力 学 特 性 ， 利 用 影 响 系
数 法 计 算 平 衡 重 量 和 相 位 ， 在 虚 拟 转 子 ( 有 限 元 模
型 ) 上 进行 多 次 仿 真模 拟 得 到 最佳 的 平 衡 方 案 ， 平 衡
方 案 在 B e n t l y转 子 试 验 台上 进 行 验 证 。
1 . 1 转 子 系统 的 有 限 元模 型
如 图 1 所 示 ， 在 转 子 系 统 的 基 础 上 进 行 仿 真 模
拟 ， 图中 ( a ) 是 转 子 系 统 几何 模 型 ， ( b ) 为 对 应 的 有 限
元 模 型 。 此 系 统 是 由两 个 转 盘 ， 两 个 各 向 同性 的 轴 承
组 成 ， 图 中 的 几何 参 数 如表 1 所 示 。 在转 盘 上 沿 着 圆
周 每 2 2 . 5 。 有 - 个 小 圆孔 可 以用 来 施 加 不 平 衡 质 量 。
在 有 限元 模 型 中转 盘 是 通 过 集 中质 量 点 7和 2 1 来模
拟 ， 转 轴 是 通 过 具有 横 截 面 的 梁来 模 拟 ， 轴 承 是 通 过
3 号 结 点 和 3 1 号 结 点 以及 2 5 和 3 2号 结 点 之 间 的 弹
簧 和 阻尼 来 模 拟 。