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齿式聯軸器不对中故障的虚拟仿真研究

作者:河北京誠…    文章來源:河北京诚聯軸器厂    點擊數:    更新時間:2009-09-27

引言

    转子不对中是指由于机械的制造、安装误差、机组沉降不均及受载或温度变化后的各种变形,使机器在工作状态时驱动轴的轴线与从动轴的轴线产生轴线的对中位移误差,常见的转子不对中有:平行不对中、角度不对中、综合不对中。转子不对中造成转子的弯曲及在轴承中的附加载荷,致使各轴承间的载荷重新分配,引起机组强烈共振。

   本文主要研究平行不对中,利用虚拟仿真技术,通过嵌入Hertz接触理论建立风机系统的虚拟样机模型,为基于虚拟样机的旋转机械故障的诊断的可行性研究提供了依据。

1 仿真模型的建立

        以某企业原料厂风机系统为研究对象。该风机系统有电动机、调速液力耦合器、增速风机和鼓风机等组成,中间分别采用LADBROKES立博官方网站和齿式聯軸器连接成一整体,其系统布置见图1.利用Pro/E软件建立其参数化模型,在利用Mechanism/Pro接口对模型进行刚体化定义,然后倒入ADAMS软件中定义各刚体之间的约束,并对仿真模型的正确性进行检验, 

    在对模型中齿式聯軸器的处理过程中,两半聯軸器与外齿套施加实体接触,需要大量的计算时间,并由于矩阵奇异而导致求解失败,所以对齿轮啮合沿齿宽方向的偏差进行了简化处理,把沿齿宽的面接触简化为线接触,其轮齿的齿廓线是用ADAMS中的样条曲线拟合工具生成的,并通过修改曲线的参考点坐标,把曲线嵌入到实体零件中。

2 聯軸器不对中故障机理

   齿式聯軸器平行不对中制的是两半聯軸器的轴心线不在同一条直线上,而是相互平行保持一段距离,在旋转状态下产生振动响应,见图3.在发生平行不对中故障后聯軸器的实际运动情况见图4.

 

设O1是左半聯軸器的中心,O2是右半聯軸器的中心,O‵是齿套的中心,平行不对中量为

 

 

3 仿真分析

3.1 接触参数的选择

       根据Hertz接触理论和齿式聯軸器的主要参数,计算出轮齿啮合刚度k为15.067e+5N/mm/3/2,阻尼系数Damping为3000N.s/mm,碰撞力指数为1.5,穿透深度为0.1.阻尼系数为0.1,对于渐开线齿轮,其工作过程中齿廓啮合点的位置是变化的,由于各啮合点的曲线半径随着节点啮合处的曲率半径上下波动,因此R是一个变量,考虑到齿轮的齿高和分度圆半径比较小,变动范围不大,故在计算中近似以分度圆上的值来代替。

對系統模型進行0.5s,300步的仿真,得到系統部分相應的曲線。

3.2 多工况先的仿真

该系统所用聯軸器为半挠性聯軸器,它在工作中能自动调整微量的不对中量,并且在建模中进行等效转化,为了更明显的看出不对中故障的特征,取不对中量分别为0.5,1,2,3,转速为额定转速4843r/min,进行0.5s,300步仿真,以不对中量3mm为例,见图6

 

 

 

通過對風機轉子系統的不對中故障進行的動力學仿真分析,得出結論:

(1)在齿式聯軸器不对中故障的情况下,转子系统在振动中除基频外,还有2倍、3被、4倍、5倍的情况

(2)對于2倍頻分量,其幅值隨著不對中量的增加而增大

(3)軸心軌迹隨著不對中量的增大,逐漸由正常時的圓形過渡爲類似香蕉形

(4)齿式聯軸器的碰撞力,其幅值与不对中量成正比,随着不对中量的增加,力幅值线性增大。

4結論

      详细分析了齿式聯軸器的不对中故障机理,在此基础上,利用虚拟样机的仿真技术建立了该风机的样机模型,进行多工况下的仿真分析,提取其特征信号,通过时域的波形图、FFT频谱图,数据、曲线图和轴心轨迹进行分析。得到不对中故障规律,仿真结果和理论分析比较,其结果相互吻合,证实了仿真结果的正确性。

參考文獻

1 韩健 齿式聯軸器联接转子系统的对中故障机理与识别

2 李三群等 基于虚拟样机技术的齿轮聯軸器动力学仿真研究

3 贾长治 虚拟样机在火炮研制及评估中的应用研究

4 夏松波 张新江 刘占生 旋转机械不对中研究故障综述

 

 
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