轉(zhuǎn)子—聯(lián)軸器—軸承—隔振器系統(tǒng)耦合動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、提高海軍艦船的聲隱身性能，對(duì)增強(qiáng)自身作戰(zhàn)威力與生存能力具有重要的意義。動(dòng)力裝置是艦船的主要噪聲源，隔振器廣泛用于阻止動(dòng)力裝置的振動(dòng)向浮筏基礎(chǔ)或船體傳遞，很大程度地降低了船體的輻射噪聲，提高了艦船的安靜性和隱蔽性；但另一方面，隔振器又顯著增大了轉(zhuǎn)子的支撐柔性，引起較大的聯(lián)軸器動(dòng)態(tài)不對(duì)中，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子系統(tǒng)出現(xiàn)復(fù)雜的倍頻、高頻振動(dòng)，降低了艦船動(dòng)力裝置的穩(wěn)定性和可靠性。因此，聯(lián)軸器和隔振器動(dòng)態(tài)耦合效應(yīng)對(duì)艦船動(dòng)力裝置的動(dòng)力學(xué)特性有很大影響。本文針

2、對(duì)大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械艦船動(dòng)力裝置中的轉(zhuǎn)子-聯(lián)軸器-軸承-隔振器系統(tǒng)，分別對(duì)其耦合部件和系統(tǒng)整體的動(dòng)力學(xué)特性開展理論與試驗(yàn)研究工作，旨在為大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械聯(lián)軸器的匹配設(shè)計(jì)提供切實(shí)有效的理論方法和有價(jià)值的參考依據(jù)。
　　（1）考慮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)不對(duì)中和工況變化，根據(jù)經(jīng)典的齒輪輪齒變形理論，推導(dǎo)了齒式/花鍵聯(lián)軸器動(dòng)態(tài)嚙合力模型，通過(guò)仿真獲得了聯(lián)軸器嚙合力隨其結(jié)構(gòu)參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)變化的規(guī)律，并通過(guò)線性化的嚙合剛度，驗(yàn)證了所提出模型的正確性。為聯(lián)軸器

3、的優(yōu)化設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)子-聯(lián)軸器-軸承系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性研究提供了模型基礎(chǔ)。
　?。?）基于靜態(tài)壓縮試驗(yàn)、廣義胡克定律和應(yīng)變能密度，推導(dǎo)了反映橡膠超彈性特性的橡膠隔振器靜態(tài)剛度模型；并建立了考慮橡膠隔振器靜態(tài)剛度、激振振幅和激振頻率的橡膠隔振器動(dòng)態(tài)剛度模型；通過(guò)單自由度質(zhì)量-橡膠隔振器系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真和試驗(yàn)，驗(yàn)證了該動(dòng)態(tài)剛度模型在描述橡膠隔振器特性的正確性、有效性。
　?。?）提出了工程意義下轉(zhuǎn)子-聯(lián)軸器-軸承系統(tǒng)動(dòng)力穩(wěn)定性判別準(zhǔn)則，為大

4、型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和運(yùn)行提供了實(shí)用的穩(wěn)定性判據(jù)。分別通過(guò)理論分析、數(shù)值仿真和試驗(yàn)測(cè)試，研究了聯(lián)軸器類型、模化方式及其不對(duì)中對(duì)轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性和穩(wěn)定性的影響規(guī)律。剛性聯(lián)軸器和柔性聯(lián)軸器連接的轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的失穩(wěn)是由于油膜振蕩引起的，而轉(zhuǎn)子-齒式聯(lián)軸器-軸承的系統(tǒng)的失穩(wěn)是由于油膜振蕩和齒式聯(lián)軸器自激振蕩共同作用的結(jié)果，且齒式聯(lián)軸器不對(duì)中會(huì)顯著改變系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　（4）建立了完整的轉(zhuǎn)子-聯(lián)軸器-軸承-隔振器（基礎(chǔ)）

5、系統(tǒng)耦合動(dòng)力學(xué)模型。通過(guò)數(shù)值仿真和試驗(yàn)測(cè)試對(duì)比研究了轉(zhuǎn)子-聯(lián)軸器-軸承系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子-聯(lián)軸器-軸承-隔振器系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性，通過(guò)對(duì)比兩個(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子和基礎(chǔ)之間的振級(jí)落差檢驗(yàn)了橡膠隔振器的隔振效果。驗(yàn)證了橡膠隔振器動(dòng)態(tài)剛度模型和系統(tǒng)耦合動(dòng)力學(xué)模型的正確性，健全和完善了艦船動(dòng)力裝置減振降噪的研究體系。
　?。?）考慮艦船實(shí)際動(dòng)力裝置動(dòng)態(tài)不對(duì)中無(wú)法測(cè)試的特點(diǎn)，首次將旋轉(zhuǎn)機(jī)械中動(dòng)態(tài)不對(duì)中抽象出來(lái)進(jìn)行研究，提出了大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械中聯(lián)軸器動(dòng)態(tài)不對(duì)中的計(jì)算

6、方法。形成了大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械中聯(lián)軸器選型、結(jié)構(gòu)參數(shù)、不對(duì)中補(bǔ)償能力等完整的匹配設(shè)計(jì)方案。研究結(jié)果表明：在轉(zhuǎn)子-聯(lián)軸器-軸承（隔振器）系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速附近，聯(lián)軸器兩端的動(dòng)態(tài)不對(duì)中最大；隔振器的出現(xiàn)，顯著增加了系統(tǒng)非臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域的動(dòng)態(tài)不對(duì)中量。
　?。?）分析了轉(zhuǎn)子-聯(lián)軸器-軸承-隔振器系統(tǒng)中，不平衡、不對(duì)中和失穩(wěn)故障的來(lái)源、特征及故障耦合的機(jī)理。齒式聯(lián)軸器和橡膠隔振器動(dòng)態(tài)耦合效應(yīng)導(dǎo)致的故障耦合使系統(tǒng)的振動(dòng)變得復(fù)雜，穩(wěn)定性降低。結(jié)合理論和試驗(yàn)