基于ANSYS的轴承-转子系统动力特性研究

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1、万方数据研夯与分析·机械研究与应用·一基于ANSYS的轴承一转子系统动力特性研究何新荣，傅行军(东南大学火电机组振动国家．r-4至研究中心，江苏南京210096)摘要：在ANSYS中建立了轴承一转子系统的实体模型，采用Solidl85和Solid95单元进行了网格划分，得出了转子系统的固有频率和振型，通过改变油膜刚度获得了转子系统固有频率随油膜刚度的变化规律。结果表明支承刚度对转子系统的动力特性有很大的影响，在进行高速旋转机械动力学设计时，轴承与转子设计必须一起协调进行，轴承刚度的动态特性不容忽视。关键词：轴承一转子系统；模态分析；临界转速；支承刚度中图分

2、类号：TK267文献标识码：A文章编号：1007—4414(2011)06—0039—03Researchonthebearing-rotorsystemdynamiccharacteristicsbasedonANSYSHeXin—rong．FuXing—jun(NationalengineeringresearchcenterofTurbo-generatorvibration。Somhemtuniversity，NanjingJiangsu210096，China)Abstract：Theentitymodelofthebearing-rotorsy

3、stemisestablishedandmeshedwithSolidl85andSolid95unitinANSYS．Thenaturalfrequencymidvibrationmodeoftherotorsystemisanalyzed．Meanwhile，theruleofthenaturalfrequencyoftherotorsystemvariationwiththeoilfilmstiffnessisgotbychangingtheoilfilm．Theresultsoftheanalysisshowthatsupportstiffness

4、haveagreateffectondynamiccharacteristicsofthebearing-rotorsystem．So，itisnecessarytodevotemuchattentiontothecharacterofdynamicofbearingindynamicsdesignofhigh-speedmachinerysystem．Keywords：bearing-rotorsystem；medalanalysis；criticalspeed；oilfilmstiffness1引言轴承一转子系统在能源、化工及机械制造等各个领域都有着广

5、泛应用，其工作稳定性直接影响到整个机组的安全运行。轴承一转子系统动力学设计是转子系统设计中的重要环节，而临界转速和不平衡响应的计算又是其主要内容。目前，转子动力学建模主要有传递矩阵法和有限元法2种方法。传递矩阵法的主要特点是矩阵的阶数不随系统自由度数增大而增加，因而编程简单、占内存少、运算速度快，特别适用于像转子这样的链式系统。利用有限元法建模较为复杂，但计算精度高且与实际更贴近，同时可避免传递矩阵法计算中可能出现的数值不稳定现象，适用于复杂转子系统动力学特性的分析。笔者从转子振动模态分析理论出发，利用有限元分析软件ANSYS对转子系统进行分析，计算出了转

6、子系统的固有频率、振型，研究了支撑刚度和固有频率之间的关系，为转子系统的动态优化设计提供了一些参考数据。2模态分析基本理论对于一个实际连续的转子系统，经离散化后就变成一个多自由度系统。根据弹性力学有限元理论，对于一个J『＼，自由度线性弹性系统，其基本运动微分方程可写为：【^f】{X(￡)】．+【C】(X(‘))+【KI{X(￡))=(F(t))(1)式中：【明、【C】和【羽分别表示系统整体的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；{x(t))、{x(t))、{x(￡))分别表示加速度向量、速度向量、位移响应向量；{F(t))为动激励载荷向量。在进行模态分析时，通常可

7、以通过研究无阻尼的自由振动来进行求解。在这种情况下，式(1)中的【C】{x(￡))和{F(t))就不存在了。于是对转子的模态分析问题就转化为求解特征值与特征向量问题。式(1)可变为：【肘】{X(f))+【朋．【X(1)】-=0(2)方程式(2)的解的形式为：{X(￡))=(xo)sin(tot+p)(3)式中：∞为系统的固有频率，％为系统的振幅向量所组成的矩阵(凡×n)，将式(3)代人式(2)得：(【鄹一∞2【肘】)(Xo)=0(4)自由振动时，结构的各个节点的振幅蜀不全为O，由克莱默法则得：Det(【KI一∞2【MI)=0(5)收稿日期：2011-1l一

8、02作者简介：何新荣(1988一)，男，江西赣州人，在读硕士，研究