西安交通大學
博士學位論文
軸承—轉(zhuǎn)子—齒輪聯(lián)軸器耦合系統(tǒng)的動力學研究
李明
指導教師姓名：虞烈教授 西安交通大學
申請學位級別：博士
專業(yè)名稱：機械學
論文提交日期：1999年1月
論文答辯日期：1999年 月
摘 要
本文主要討論了由齒輪聯(lián)軸器耦合的軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學問題匕磅，主要包括以下幾方面的內(nèi)容：
第一：根據(jù)齒輪聯(lián)軸器輪齒變形的特點满盔，提出了適合內(nèi)齒輪嚙合的二梯形當量齒形輪齒剛度的計算方法，與有限元法進行了比較惑叶，其精度能滿足工程計算要求古种。在小擾動、齒輪聯(lián)軸器對中和不脫齒等條件下旭绝，用六個剛度和阻尼系數(shù)來刻劃半齒輪聯(lián)軸器的力學行為绷荔，在此基礎(chǔ)上完整地建立了軸承—轉(zhuǎn)子—齒輪聯(lián)軸器耦合系統(tǒng)的運動微分方程。應用上述模型對齒輪聯(lián)軸器耦合的系統(tǒng)進行了數(shù)值模擬桨皂，研究表明等效軸法在計算系統(tǒng)的失穩(wěn)轉(zhuǎn)速茄码、臨界轉(zhuǎn)速和不平衡響應時存在較大的誤差。其中齒輪聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)角剛度對耦合系統(tǒng)的動力學特性影響較大衰屡；在聯(lián)軸器對中良好并且潤滑充分時构韵，齒輪聯(lián)軸器的內(nèi)阻尼對系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響較小。對某一DH型離心壓縮機組電機軸—齒輪聯(lián)軸器—齒輪軸耦合系統(tǒng)進行了較詳細的動力學分析趋艘。結(jié)果表明傳統(tǒng)的分析方法丟失一些非常重要的模態(tài)信息疲恢，對不平衡響應的估算也是偏于不安全的。
對直齒和鼓型齒齒輪聯(lián)軸器上作用的彎矩進行了實驗研究瓷胧，結(jié)果顯示對鼓形齒齒輪聯(lián)軸器而言轉(zhuǎn)角與彎矩近似為線性關(guān)系显拳，而對于直齒齒輪聯(lián)軸器這一關(guān)系則是非線性的。但就總體而言搓萧，在外載荷和轉(zhuǎn)角均較小時杂数，聯(lián)軸器上作用的彎矩不大。這在實際機組的動力學計算中瘸洛，對齒輪聯(lián)軸器剛度和阻尼系數(shù)的合理選擇具有指導意義揍移。
第二，根據(jù)內(nèi)齒輪副的嚙合條件货矮，導出了在不脫齒時內(nèi)齒輪副所滿足的約束方程羊精，基于拉格朗日方程在旋轉(zhuǎn)坐標系中建立了軸承—轉(zhuǎn)子—齒輪聯(lián)軸器系統(tǒng)的彎扭耦合運動方程，討論了系統(tǒng)的彎扭耦合機理囚玫。對方程進行了近似的線性模態(tài)分析太汹，并從理論上分析了彎扭耦合的振動特征。對系統(tǒng)進行了非線性響應數(shù)值計算和相應的頻譜分析方较，結(jié)果顯示變扭耦合后窗项，在扭轉(zhuǎn)方向的擾動和簡諧干擾扭矩均會以不同的形式在彎曲方向表現(xiàn)出來粮忍，并對系統(tǒng)的彎曲振動產(chǎn)生較大的影響；而彎曲振動對扭轉(zhuǎn)振動的影響則要小得多帮声。
第三肄蓄，推導了在齒輪聯(lián)軸器具有靜不對中時系統(tǒng)的運動方程，理論分析表明在不對中量不大時专散，不對中力是由齒面間的摩擦力（力矩）和內(nèi)齒套的慣性力（力矩）共同作用的結(jié)果偷瀑，而且與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和齒輪聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)參數(shù)等有關(guān)。數(shù)值分析表明在具有不對中的軸承—轉(zhuǎn)子—齒輪聯(lián)軸器系統(tǒng)中喉隙，不對中會在彎曲振動中產(chǎn)生2叶皿、4、6畏帖、8拢掷、…等偶數(shù)倍頻的振動分量，而在扭轉(zhuǎn)振動中會產(chǎn)生1曹动、3斋日、5、7…等奇數(shù)倍頻的振動分量墓陈，并且聯(lián)軸器的不對中量和內(nèi)阻尼越大恶守，則倍頻分量的幅值越大，從而為這類系統(tǒng)的不對中故障診斷提供更為合理的理論依據(jù)跛蛋。
第四熬的，通過計入軸承的非線性油膜力，應用PNF數(shù)值分析方法赊级，分析了聯(lián)軸器耦合系統(tǒng)在失穩(wěn)后的分岔行為押框。對于平衡系統(tǒng)的分析表明平衡點失穩(wěn)后在一個較大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)系統(tǒng)存在著穩(wěn)定的極限環(huán)，不平衡系統(tǒng)則在周期解失穩(wěn)后會產(chǎn)生準周期運動和倍周期解等復雜的分岔現(xiàn)象理逊。
關(guān)鍵詞：齒輪聯(lián)軸器橡伞，軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，DH型離心壓縮機晋被，動力學
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