串联双转子系统的不对中故障研究

发布时间：2020-01-22

对于串联双转子系统，主要研究其联轴器不对中，《转子系统联轴器不对中研究综述》中详细介绍了含有不对中联轴器的转子系统建模方法、联轴器不对中转子系统动力学特性分析方法，并总结了联轴器不对中对转子系统稳定性的影响及其故障的振动特征。综合各型式联轴器的结构特点和应用范围，研究学者对联轴器不对中的建模方法有：
　　基于联轴器的变形几何关系和受力分析。根据各型式联轴器的结构和特点，分析其在不对中状态下的变形几何关系和受力情况，推导出不对中联轴器广义激振力与不对中量、转速等参数关系的表达式，在此基础上获得该激振力作用下系统白粥运动微分方程。该方法的核心是推导不对中联轴器广义激振力的表达式。该方法的缺点是忽略联轴器对其所在轴段刚度的影响。魏伟从柔性转子在平行不对中刚性联轴器作用下的变形几何关系出发，推导出刚性联轴器平行不对中的激振力的表达式。《转子系统齿式联接不对中故障的运动学机理研究》描述了不对中齿式联轴器内齿任意节点的运动轨迹。龙鑫通过研究齿式联轴器的运动规律和受力情况，详细地推导出齿式联轴器不对中产生的径向力表达式。
　　基于等效轴段法。用有限元法或集总参数法等把实际转子系统离散费含有若干轴段和圆盘单元构成的离散系统，求出离散系统的刚度阵和质量阵，将由联轴器连接后的整体系统看成一个多跨的轴盘系统，将其中的联轴器用一等效的轴段来模化，并同时分析求解联轴器的等效刚度。建立包含不对中联轴器的转子系统运动微分方程。因此，该方法的核心是求出联轴器的等效刚度，并把联轴器等效成轴段或圆盘单元进行分析。该分析方法的缺点是相当于给系统增加了一个约束，而对联轴器在整体系统中的耦合作用没有充分重视。LeeY.S和Lee.C.W推导了联轴器传递扭矩的表达式，并考虑联轴器的弯曲变形及其轴向刚度，把柔性联轴器等效为粱单元，当该联轴器单元由于不对中变形时，推导出不对中联轴器的作用力和力矩。高洪涛、李明同时考虑联轴器和轴承的不对中效应，在此基础上，应用集总参数法将实际转子一轴承系统简化为有限个自由度的离散化模型建立了转子一轴承系统的动力学模型。
　　基于系统整体的Lagrange能量方法。对自由度较少的转子系统，在统一坐标系下分析含有不对中联轴器的转子系统的动能和势能(包括不对中联轴器引起的弹性势能和重力势能)，然后用Lagrange方程和坐标变换建立系统的能量方程，并整理获得转子系统的运动微分方程。该方法的核心是确定合理的坐标系来获得不对中联轴器的弹性势能和重力势能。该方法避开不对中联轴器的复杂的受力分析，对于研究结构复杂的联轴器不对中问题，不失为一种的方法，但该方法的缺点是不适于复杂的多跨转子系统或自由度较多的转子系统。AL-Hussain.K.M和Redmond.I通过统一坐标系，用Lagrange能量方程分别建立了两跨对称Jeffcott柔性转子刚性联轴器平行不对中动力学微分方程和两跨刚性转子柔性联轴器倾角不对中动力学微分方程，结果发现不对中效应出现在系统的势能方程中，即不对中量体现在系统的刚度矩阵中。根据内齿轮副的啮合条件、Lagrange方程和坐标变换，建立了转子一齿轮联轴器系统的弯曲耦合振动方程。
　　这3种方法分别从不同的角度对不对中联轴器一转子系统进行建模。针对各型式的联轴器不对中的特点，可以选用不同的方法对系统进行建模分析求解，并通过比较分析，确定的转子系统建模方法。现有研究表明，由于不对中的影响，转子系统的振动一般会出现偶数倍频，并且随着不对中程度的加剧，振动的倍频成分所占比例会越大。