1、 1 中文 6160 字 附件 英文文献翻译 转子轴承系统动态分析 （ 机械工程硕士，克利夫兰州立大学，芬恩工程， 2009 年高校科技 ) 摘要 本论文提出设计永磁交流发电机（ 协会 ）的有限元分析 （ FEA）的方法。 永磁发电机 的 配置为一个由两个相同的悬臂空心滚动接触 支撑 轴承 。 永磁发电机 的性能要求是 16000rpm 的 最大工作速度小于 0.010 的最大轴自由端位移 。 一个悬臂梁的静态和动态结果进行了预测封闭形式解和有限元分析验证，获得了从代码验证这些结果 的 一个转子轴承系统的数学模型，提出并分析了其动 态不平衡响应时，受到在自由端 谐波激振力。对于一个转子轴承几何
2、建 模 由 CAD设计为蓝本，然后在 使用 高斯公式分析 二阶四面体实体单元。 最后， 提出 六个转子轴承系统参数研究的有限元分析结果。在这些参数研究，参数研究 法 5 转子轴承 的 配置证明，以满足 永磁发电机 第一个自然频率和位移要求。第一个自然频率被确定为 358171 转，这是 22 年的 永磁发电机 的最高运行速度倍。此外，最大稳态 UX 和 UY 位移 为 2.35E - 06 和 1.06E - 05，分别 小 于最大允许轴位移 。 关键词 转子轴承系统 有限元分析 永磁发电机 永磁发电机 委员会 /顾问马吉德博士（顾问） 约翰弗特博士（委员会成 员）保林，博士（委员会成员） 第
3、一章 引言 1.1 历史背景 不同的研究为转子 轴承系统分析做了基础 。 Kirk 和 Grnter 分析了碰摩转子弹性轴承阻尼支承的稳态和瞬态响应 .在调整运动方程时他们忽视转子弹性和圆盘的陀螺效应 ， 并提供设计图表在旋转体和非旋转体支承下的转子在一定速度范围内的最小振幅和力的改变 。 Smith 研究弹性阻尼支承系统碰摩转子内部阻尼的大量衰减 。 Lund 和 Gunter 表明弹性阻尼支承同样需要增加高速转子的稳定性 。另外 ， Lund 和 Sternlicht， Dowrski 和 Gunter 表明 ， 可以通过设 计轴承支撑系统显著降低传播力 。 Pilkey 提供了一个两步程
4、序法转子悬架优化系统 。 从这些研究中发现 ， 系统动态特性受碰摩转子轴承支座系统的质量 、 阻尼和刚度的影响 。 2 Gasch 探讨了大型涡轮转轴的有限元分析 。 他介绍了转子动力学分析基础 ，通过方程获得了模态测试和模态分析 。 Vance 给出了转子 -轴承试验仪器 ， 转子-轴承系统模型的电脑分析和实验测量的比较结果 ， 包括基础得用阻抗效应传递矩阵法 。 斯蒂芬森采和 Rouch 采用有限元方法分析了转子 -轴承系统 。 他们提供了一个利用模态分析技术的程序 ， 应用时 ， 可以测量频率响 应 ， 包括动态基础结构 。 许多有限元分析程序的发展都已经开发出来并且改善了转子 -轴承系
5、统的方程式 ， 例如布克公式 。 在他们早期的调查研究中 ， 转动惯量 、 回转力矩 、 剪切变形 、 轴向载荷 和内部阻尼的影响都被忽视了 。 Nelson 和 McVaugh 利用有限罗利梁来阐明转子 -轴承系统包括上述额外特性 .。 Zorzi 和 Nelson 在 1977 和 1980年从事包括内部阻尼和轴向转矩的一般化相似模型 。 此外 ， Nelson 和 Greenhill利用 Timoshenko 梁函数建立轴的公式 。 Ozguven 和 Ozkan 另外提高了 对 轴的 有限元模型的影响 ， 包括内部和粘性阻尼 。 目前有许多软件包 含 动力响应分析固有频率和模态特征 ，
6、 转子 -轴承系统 。然而 ， 这些软件可能有所限制如果涉及的基础太过于复杂 。 在短暂的转子动力学历史前提下 ， 证明通过相互作用来实现理论与实践相结合最好的是旋转机械 。 转子动力学并非独一无二的 ， 在这方面 ， 提供了一个不寻常的生动的数学例子 。 最近 ， 分析和实验之间的平衡一直 受现代计算工具的影响 。避免这些工具取代课程设计 ， 我们要注重学者 的意见 ， 计算机代码的品质预言是基本模型的稳固和转子动力学家的物理角度 利用特别算法得出的 。 良好的工程师 ， 取得了满意的模型 ， 各式各样的算法和计算机代码 影响 工程师的判断 。 优越的算法和计算机代码并不能改善坏模型或缺乏工
7、程上的 判断 。 第三章 转子 -轴承系统的数学建模与有限元分析 根据 Rao， 在旋转机器中这样共振源的正弦曲线力是不平衡的 ， 例如 :转子 -轴承系统 。 旋转机械包括 涡轮机、电机、风机、发电机 ,或转动轴 。 不平衡是旋转机械振动的主要原因之一 。 下图示 3.1是机器的简化模型 。 3 机器的总质量是 M， 有两个偏心质量 m/2， 旋转方向相反 ， 角速度为常数 ，w。 向心力 (mew)/2取决于导致激励 M的每个质量 。 两个相等的 m/2， 旋转方向相反 ， 两者的水平力相互抵消 。 过主轴做一垂直平分的直线 AA， 如图 3.1所示 。 质量块水平方向的角位置决定垂直分量
8、 。 所以 ， 运动方程为 ： M是不平衡质量 ， e是偏心量 ， w是旋转角速度 ， rad/s； t是时间 ， s。 本章描述了转子 -轴承系统的运动状态在有质量集中和恒定速度的自由旋转端 。 转子是由两个相同的滚动轴承支承的空心转轴 。 滚动轴承的作用是在运动中支承和定位转轴 。 每个轴承之间有两个弹簧 ， 在弹簧之间有滚动体 。 滚动体保证位置的准确性 。 另外 ， 还有保持架 ， 它的主要作用是保证 滚动体的方向夹角 。 左端点是转轴与齿轮紧密结合的驱动齿轮轴 。 轴保证电机转子正常的终止 。 3.1 转子 轴承系统的数学建模 动态建模需要确定转子轴承系统的动态特性和相关的振动问题。 早期的转子轴承系统动态建模也使用 了系统分析或传递矩阵的方法 。 传递矩阵法解决了动力学问题 ， 在频域分析中 ， 使其本身成为转子轴承系统的稳态响应 。 Prohl 首次
