柔性转子动力特性及动平衡分析

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1、柔性转子动力特性及动平衡分析摘要现代造纸设备的特点是连续、高速、复杂、大型、自动化程度高，对纸机运行的车速要求也随生产的发展而越来越高。而辊筒作为造纸机上最普遍的结构部件，它的转速制约着车速的提高，而影响整个设备的生产效率。辊筒转速主要受其动态特性的影响，当辊筒工作转速在其临界转速的附近时，由于动态响应造成了辊筒无法进行稳定工作，虽然可以采取各种动平衡方法，但由于缺乏对辊筒动态性能的系统研究而使其现场平衡效果不理想。当辊筒转速超过其第一临界转速时，形成柔性转子状态，而柔性转子的不平衡振动响应与其不平衡量的大小和相位有关，还与转子本身的特性、支承条件和转速等有密切的关系，

2、加之校正面设置的可能性与理论分析有出入等因素，使柔性转子的动平衡成了一项费时又不容易取得满意效果的工序。因此必须首先对造纸机辊筒的动态性能进行研究，掌握基本的研究方法和思路，并在此基础上进行动平衡方法的选择和试验，在现有条件下为进一步研究打下基础。目前柔性转子的动态特性研究方法主要有两种：即传递矩阵法和有限元法。传递矩阵法通常称为Prohl传递矩阵法，它能够考虑支承弹性、油膜弹性、陀螺力矩、变截面等因素，逐步成为解决转子动力学问题的有效数值方法。传递矩阵法优点在于传递矩阵的维数不随系统自由度的增加而增加，可以在感兴趣的频段内选择求解临界转速，而且各阶临界转速的计算方法完

3、全相同。但用于求解高速大型转子动力学问题时，有可能出现计算精度低和数值不稳定现象。因此出现了Riccati传递矩阵法，它保留了Prohl传递矩阵法的优点，且数值上比较稳定，计算精度高。但是，应用Prohl传递矩阵法与Riccati传递矩阵法计算临界转速时，都采用二分法迭代寻找，当选取迭代步长较大时，易产生丢根现象；步长太小将增加迭代时间，耗费机时。有限元法是根据变分原理求解数学物理方程的一种数值计算方法，可以直接从转子的物理模型出发，对转子进行离散化，再对离散化模型作严格的数学处理，通过构造不同的形函数，较真实地模拟物体的形状。和传递矩阵相比，有限元法虽需占用更多的计算

4、机存储与机时，程序比较复杂。但是计算结果精度高，而且可以避免传递矩阵法中可能出现的数值不稳定和漏根现象。本文首先综合分析了单圆盘转子和多圆盘转子的动力特性，研究了涡动、陀螺力矩等因素的变化度柔性转子系统临界转速的影响。以造纸机的主要部件一辊筒为研究对象，对其动态性能和动平衡方法进行了研究。利用Prohl传递矩阵法，首先选定辊筒参数后，结合MATLAB软件进行了计算。本文主要包括以下几个方面：1、研究单盘转子和多盘转子的动力特性，寻找适合本课题的相关研究方法；2、选定研究对象，根据现场辊筒参照物，确定各项力学、物理参数；3、采用集总质量法将连续系统进行离散化处理；4、确定

5、离散后各点质量、转动惯量，建立传递矩阵模型，并进行矩阵运算；5、在MATLAB中代入各有关参数求解矩阵和非线性高阶方程，得到辊筒转子的低阶临界转速；6、采用UGNX软件进行辊筒转子的模态分析，求得其相应各阶振型；7、分析主要的动平衡原理和适合辊筒的研究方法。通过研究，可以找到适合造纸机辊筒动态特性研究的基本方法和动平衡的基本思路，为进一步研究辊筒转子的动态特性和动平衡方法打下基础。关键词：柔性转子，动态特性，Prohl传递矩阵法，临界转速，动平衡ⅡRESEARCHoNFLEXIBLERoToRDYNAMICALCHARACTERISTICANDROToRDYNAMICB

6、ALANCINGABSTRACTThecharacteristicofmodempapermakingequipmentiscontillui四；highspeed，complex，large．scale，andhighautomation．Meanwhile，withthedevelopmentofproduction，itrequireshigherandhi曲ervehiclespeed．Asthemostuniversalpartonpapermill，therotationalspeedofthebowlrestrictstheenhancementofveh

7、iclespeedandaffectstheproductione伍ciencyoftheentireequipment．Therotationalspeedofthebowlismainlyinfluencedbyitsdynamiccharacteristics：whenthebowlisworkingtoitscriticalrotationspeed，itcannotcarryonthesteadyworkbecauseofthedynamicresponses．Althoughmanytransientequilibriumme