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轮盘超速试验台减振结构动态特性分析及优化
| 论文题名： | 轮盘超速试验台减振结构动态特性分析及优化 |
| 关键词： | 船舶用燃气轮机;轮盘超速试验台;减振结构;动态特性;应力分布;传递矩阵法 |
| 摘要： | 船舶用燃气轮机，是高速旋转机械，其转子属于柔性转轴。高速旋转时，轴承—转子系统的动态特性对机械稳定运转的平稳性有重要的影响。影响平稳性的问题普遍是振动问题，转子大幅度的振动，可能会造成很多不必要的损失，有时还可能导致燃气轮机的报废。 本文中的超速试验台，是用来考核船舶用燃气轮机轮盘高速旋转性能的。试验台旋转速度较高，为减小试验台转子系统的振动，特别是避免共振，必须根据实际工况，设计合理的减振结构，使转子系统的动态特性满足高转速及避免共振的需求。 针对试验台的原减振方案采用滑动轴承支承，存在不满足高转速要求，且润滑油泄漏严重的不足，确定了采用滚动轴承支承的新方案。新方案使用高速角接触球轴承与鼠笼式弹性支承串联的方式，达到减振目的；设计了减振结构，包括轴系部分、支承部件、润滑及密封系统、动力装置及壳体部分；利用CAD及PROE软件建立了减振结构的二维及三维模型。 分析了减振结构的力学特性，利用有限元软件ANSYS对鼠笼及转轴结构进行了强度分析，得到了变形及应力分布云图；对轴承及鼠笼进行了刚度分析，分析了影响支承刚度的主要因素，得到了转子系统的支承刚度值；对鼠笼及转轴进行了模态分析，得到了各自的固有频率及振型，为转子系统动态特性分析提供了临界转速的边界值。 利用传递矩阵法，分析了试验台鼠笼-轴承-转子系统的动态特性。建立了试验台转子的动力学分析模型，根据集总参数法，确定了试验台转子典型部件及整体传递矩阵。通过MATLAB编程，得到了鼠笼-轴承-转子系统的临界转速及振型，其中考虑了弹性支承、圆盘转动惯性、剪切变形的影响。 针对初始减振结构的动态特性分析结果，优化影响临界转速的主要参数，包括鼠笼截面宽度、笼条数目及轴承预紧力。确定目标函数、优化变量及约束条件，通过MATLAB编程，确定了优化变量参数范围，分析了优化变量对试验台转子系统临界转速的影响规律。综合考虑实际加工及应用，确定了最终的鼠笼结构参数及轴承预紧力，得到了满足试验台高转速要求并能有效避免共振的减振结构。 |
| 作者： | 刘晶 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 郑德志 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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