【正文】 如今，有限元法在航空、航天、造船、建筑等方面得到了廣泛的應(yīng)用，在機(jī)械、化工、海洋、生物、水利、核能、地質(zhì)等領(lǐng)域的應(yīng)用正在發(fā)展中。 1954 年， Argris 系統(tǒng)的剛度矩陣，使已經(jīng)成熟的桿件位移法可以用來(lái)分析連續(xù)介質(zhì)。 （ 2）導(dǎo)軌的熱處理 數(shù)控機(jī)床的開(kāi)動(dòng)率普遍都很高，這就要求導(dǎo)軌具有較高的耐磨性，以提高其精度保持性。對(duì)導(dǎo)軌的要求有： （ 1）導(dǎo)軌精度高 導(dǎo)軌精度是指機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件沿導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)的直線和它與有關(guān)基面之間的相互位置的準(zhǔn)確性。下面確定其主要參數(shù)： 1 脈沖當(dāng)量 Δl 步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量實(shí)際上就是步進(jìn)電機(jī)每一個(gè)脈沖的進(jìn)給量，也稱為最小進(jìn)給量。 N— 絲杠轉(zhuǎn)速， r/min PB—— 絲杠導(dǎo)程， mm N— 工作臺(tái)每分鐘往復(fù)次數(shù)，次 /min。 螺母實(shí)際允許的最大軸向載荷為 saa fCF 0max? （ 311） 其中， aC0 額定靜載荷， N。校核原則：必須保證實(shí)際最大軸向載荷小于上述軸向允許載荷計(jì)算值。 u— 直線導(dǎo)軌副的摩擦系數(shù)； f— 導(dǎo)軌無(wú)載荷時(shí)的運(yùn)動(dòng)阻力， N. 根據(jù) 上述各式 可以看出，前進(jìn)行程中加速階段的軸向載荷為最大軸向載荷，大小為 mafumgF ???1 。 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 碰摩裝置的設(shè)計(jì) 21 i— 電機(jī)至絲杠的減速比，當(dāng)電機(jī)與絲桿直連時(shí)即為減速器的減速比。 絲桿的材料選擇和形狀設(shè)計(jì)：絲杠材料選用常用的 高碳鉻軸承鋼 GCr15， 由于試驗(yàn)臺(tái)空間的限制，絲桿總長(zhǎng)設(shè)計(jì)為 360mm,其中有效驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)度為 270mm，支撐端設(shè)計(jì)為光軸形式，長(zhǎng)度為 60mm,通過(guò)彈性聯(lián)軸器與步進(jìn)電機(jī)相連，固定端需設(shè)計(jì)為帶鎖緊螺紋的結(jié)構(gòu) ,長(zhǎng)度為 30mm，導(dǎo)程設(shè)計(jì)為 5mm,此為根據(jù)外觀進(jìn)行的初步設(shè)計(jì)，下面會(huì)有其可行性的分析。 (4)能微量進(jìn)給 由于滾珠絲杠機(jī)構(gòu)中的液珠為滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式，啟動(dòng)扭矩極小，不會(huì)出現(xiàn)如滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)中容易出現(xiàn)的低速蠕動(dòng)或爬行現(xiàn)象，所以能實(shí)現(xiàn)高精度微量進(jìn)給。 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 碰摩裝置的設(shè)計(jì) 17 方案三（圖 ） 圖 碰摩裝置 此方案為本人初步設(shè)計(jì)的碰摩裝置的第二個(gè)方案，碰摩裝置的上部結(jié)構(gòu)與方案二無(wú)異，而將進(jìn)給系統(tǒng)改為更為精密的步進(jìn)電機(jī)絲杠傳動(dòng)，該傳動(dòng)方式不僅進(jìn)給摩擦力小，而且傳動(dòng)更為平穩(wěn)精確。 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 碰摩裝置的設(shè)計(jì) 15 第 3章 碰摩裝置的設(shè)計(jì) 碰摩裝置的初步設(shè)計(jì)方案 旋轉(zhuǎn)機(jī)械中轉(zhuǎn)定子碰摩指轉(zhuǎn)子振動(dòng)超過(guò)許用間隙發(fā)生的轉(zhuǎn)子與定子的接觸現(xiàn)象。隨著轉(zhuǎn)速、振動(dòng)條件變化，通過(guò)測(cè)量飛離的臨界條件可以用來(lái)模擬測(cè)量機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引發(fā)的轉(zhuǎn)子振動(dòng)的問(wèn)題?；瑒?dòng)軸承工作平穩(wěn)、可靠、無(wú)噪聲。 2 錐軸 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 章 壓縮機(jī)故障模擬試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì) 11 壓縮機(jī)故障模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的錐軸在電機(jī)的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子 的微小偏心都會(huì)引起很大的離心力，而且在碰摩時(shí)還會(huì)承受沖擊載荷。這種模型得到的結(jié)論應(yīng)用于簡(jiǎn)單旋轉(zhuǎn)機(jī)械足夠準(zhǔn)確。故盡快研制和推廣高水平的國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析和監(jiān)測(cè)、診斷系統(tǒng)是有關(guān)專家學(xué)者義不容辭的職責(zé)。 （ 4）研究隊(duì)伍老化，高水平的研究群體不多。我國(guó)目前在密封動(dòng)力學(xué)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、磁軸承等方面的研究離世界水平還有較大差距，而在全尺寸轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究方面的差距更大。轉(zhuǎn)子的不穩(wěn)定通常是指不存在或不考慮 周期性干擾下，轉(zhuǎn)子受到微擾后產(chǎn)生強(qiáng)烈橫向振動(dòng)的情況。確定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子的質(zhì)心、中心主慣性軸對(duì)旋轉(zhuǎn)軸線的偏離值產(chǎn)生東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 章 緒論 6 的離心力和離心力偶的位置和大小并加 以消除的操作。一般轉(zhuǎn)子都是變速通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速的，故通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速的狀態(tài)為不平穩(wěn)狀態(tài)。為確保機(jī)器在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)不致發(fā)生共振，臨界轉(zhuǎn)速應(yīng)適當(dāng)偏離工作轉(zhuǎn)速例如 10％以上。轉(zhuǎn)子是渦輪機(jī)、電機(jī)等旋轉(zhuǎn)式機(jī)械中的主要旋轉(zhuǎn)部件 。 題 微機(jī)械的問(wèn)世和發(fā)展對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)提出了新的挑戰(zhàn)，如上海交大研制成的 2 mm 微電機(jī)就為轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的分析和實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了許多新問(wèn)題。早期的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究包含了數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、穩(wěn)定 性理論、流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論、摩擦學(xué)等學(xué)科，后來(lái)又涉及到氣動(dòng)力學(xué)、控制理論、彈性力學(xué)、計(jì)算力學(xué)、有限元方法、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、信號(hào)采集與處理技術(shù)、非線性動(dòng)力學(xué)、電磁學(xué)、流變學(xué)、新材料與智能材料等學(xué)科。這一結(jié)論使得旋轉(zhuǎn)機(jī)械的功率和使用范圍大大提高了，許多工作轉(zhuǎn)速超過(guò)臨界的渦輪機(jī)、壓縮機(jī)和泵等對(duì)工業(yè)革命起了很大的作用。目前國(guó)內(nèi)已有 30多臺(tái)機(jī)組在空負(fù)荷或帶負(fù)荷下多次產(chǎn)生碰摩振動(dòng)事故，引發(fā)突發(fā)性振動(dòng)或振幅長(zhǎng)時(shí)間大幅度地波動(dòng)，有些機(jī)組因振 動(dòng)過(guò)大而被迫打閘停機(jī)。當(dāng)摩擦力矩大于轉(zhuǎn)子的阻尼力矩時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)從正向渦動(dòng)轉(zhuǎn)向反向渦動(dòng)，特別是對(duì)于整周摩擦，會(huì)產(chǎn)生所謂的 ―千摩擦 ‖現(xiàn)象，從而引起自激振動(dòng)，影響轉(zhuǎn)子正常運(yùn)行，甚至損壞機(jī)組。從振動(dòng)角度看，轉(zhuǎn)軸的熱變形將使軸線彎曲，引起質(zhì)量徑向 位置的偏移，成為軸系振動(dòng)隨溫度增大的主要原因之一。轉(zhuǎn)子在制造廠或在現(xiàn)場(chǎng)加工過(guò)程中，由于機(jī)床的精度和人為操作的原因，不可避免地會(huì)使轉(zhuǎn)軸幾何尺寸存在徑向誤差 。在設(shè)計(jì)、制造、安裝質(zhì)量完好的前提下設(shè)備正式投運(yùn)后同樣可能因各種原因出現(xiàn)新的振動(dòng)問(wèn)題，如轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的變化等。全國(guó)各電網(wǎng)中在役大設(shè)備出現(xiàn)振動(dòng)故障影響電力生產(chǎn)的案例更是 屢屢發(fā)生。 (4) Learn to use ANSYS software pressor rotor system fault simulation test bench modal analysis, divided only applied to the rotor system weight and the weight and speed applied in both cases, namely its modal analysis, to understand each rotor system vibration 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） Abstract IV mode, and calculate the natural frequency of the rotor system. Key words： Rotor system, Rubbing devices, static strength, Modal Analysis東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄 V 目 錄 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) .......................................................................... I 摘要 ............................................................................................................... II Abstract ........................................................................................................ III 第 1章 緒論 .......................................................................錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 壓縮機(jī)故障模擬試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 作者姓名： 李順利 指導(dǎo)教師： 馬輝 副教授 單位名稱： 機(jī)械工程與自動(dòng)化 專業(yè)名稱： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 東北大學(xué) 20xx 年 6 月 Compressor Failure Simulation Test Bench Design By Li Shunli Supervisor: Ma Hui Associate Professor Northeastern University June 20xx I 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 壓縮機(jī)故障模擬試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 基本內(nèi)容： 壓縮機(jī)模擬試驗(yàn)臺(tái) 結(jié)構(gòu)原理分析 ； 碰摩模擬裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及 Solidworks 建模； 壓縮機(jī) 轉(zhuǎn)子系統(tǒng) 靜強(qiáng)度分析； 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng) 模態(tài)分析。 課題的背景和意義 ...........................................................錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。在 1988年 6月，在 1個(gè)網(wǎng)局曾出現(xiàn)同時(shí)有 5臺(tái) 200MW以上的大型機(jī)組由于振動(dòng)原因停機(jī)處理的緊急面。設(shè)備轉(zhuǎn)子具有良好的平衡狀態(tài)是設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行的基本保證。裝配葉片時(shí)對(duì)稱位置葉片的質(zhì)量不均、葉輪套裝軸線不正而套偏等，同樣可能造成轉(zhuǎn)軸的質(zhì)量不平衡。由此看來(lái)，不論是設(shè)計(jì)制造，還是生產(chǎn)運(yùn)行，都要進(jìn)行良好的動(dòng)平衡處理，才能大大降低設(shè)備的故障率，保證機(jī)組安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)轉(zhuǎn)。而且，動(dòng)靜摩擦使得轉(zhuǎn)子上施加了非線性摩擦力，會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生非線性振動(dòng) [1]。當(dāng)前，大型汽輪發(fā)電機(jī)組的碰摩故障的發(fā)生率僅次于質(zhì)量不平衡的發(fā)生率，成為大機(jī)組的第二大類振動(dòng)故障 [2]。但是隨之而來(lái)的一系列事故使人們發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子在超臨界運(yùn)行達(dá)到某一轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的自激振動(dòng)并造成失穩(wěn)。在今后的研究中有以下幾個(gè)交叉研究領(lǐng)域應(yīng)引起重視 [3]。一是理論建模和分析方法的適用性問(wèn)題；二是新的驅(qū)動(dòng)方式和軸承潤(rùn)滑問(wèn)題；三是動(dòng)態(tài)特性測(cè)試問(wèn)題。 1869 年英國(guó)的 .蘭金關(guān)于離心力的論文和 1889 年法國(guó)的 拉瓦爾關(guān)于撓性軸的試驗(yàn)是研究這一問(wèn)題的先導(dǎo)。臨界轉(zhuǎn)速同轉(zhuǎn)子的彈性和質(zhì)量分布等因素有關(guān)。它主要在兩個(gè)方面不同于固定在臨界轉(zhuǎn)速上旋轉(zhuǎn)時(shí)的平穩(wěn)狀態(tài)：一是振幅的極大值比平穩(wěn)狀態(tài)的小，且轉(zhuǎn)速變 得愈快，振幅的極大值愈?。欢钦穹臉O大值不像平穩(wěn)狀態(tài)那樣發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速上。在進(jìn)行剛性轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子）動(dòng)平衡時(shí)，各微段的不平衡量引起的離心慣性力系可簡(jiǎn)化到任選的兩個(gè)截面上去，在這兩個(gè)面上作相應(yīng)的校正（去重或配重）即可完成動(dòng)平衡。轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性問(wèn)題的主要研究對(duì)象是油膜軸承。另外研究中存在理論研究的深度不夠、數(shù)值分析的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型過(guò)于簡(jiǎn)單等問(wèn)題。目前我國(guó)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域挑重任的還是幾位老專家。雖然存在上述問(wèn)題，但我國(guó)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究的成果是顯著的，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的貢獻(xiàn)是相當(dāng)大的，在多個(gè)領(lǐng)域也取得了世界先進(jìn)或領(lǐng)先的地位。就是對(duì)于復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，這些概念和結(jié)論雖然不夠精確，但仍能定性地說(shuō)明問(wèn)題。為防止錐軸變形并保證其有較高的精度，要求錐軸具有足夠的強(qiáng)度、沖擊韌性和抗疲勞能力。在液體潤(rùn)滑條件下，滑動(dòng)表面被潤(rùn)滑油分開(kāi)而不發(fā)生直接接觸，還可以大大減小摩擦損失和表面磨損，油膜還具有一定的吸振能力。 7 托架（圖 ） 圖 托架 托架的作用是當(dāng)轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)不工作時(shí)，可將葉輪盤(pán)托住以防軸系變形， 8 傳感器支架（圖 ） 圖 傳感器支架 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 章 壓縮機(jī)故障模擬試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì) 13 傳感器布置在 2 個(gè)傳感器支架上。碰摩故障輕則使機(jī)組振動(dòng)劇烈增加，影響機(jī)組使用壽命；重則引起轉(zhuǎn)子永久彎曲，甚至引發(fā)機(jī)毀人亡 的 惡性事故，目前常見(jiàn)的碰摩形式有單點(diǎn)碰摩，多點(diǎn)碰摩，局部弧形碰摩以及圓形整周碰摩，由于實(shí)際生產(chǎn)工作中主要碰摩形式 為局部弧形碰摩，為完整模擬轉(zhuǎn)定子碰摩全過(guò)程，采用整周碰摩裝置模擬局部碰摩，故此次設(shè)計(jì)碰摩裝置傾向于圓周碰摩 [9]。 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 碰摩裝置的設(shè)計(jì) 18 方案四（圖 ） 圖 碰摩裝置 該方案為本人初步設(shè)計(jì)的碰摩裝置的第三個(gè)方案，該方案任采用步進(jìn)電機(jī)絲杠傳動(dòng)的進(jìn)給系統(tǒng)，而對(duì)碰摩裝置的上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，定子部分回歸了為由兩個(gè)半圓弧結(jié)構(gòu)的滑套組成，通過(guò)螺釘連接固定在固定架上，固定架為鋼結(jié)構(gòu)，其上下左右也通過(guò)固定板連接了四個(gè) 9333A 型壓力傳感器。最小進(jìn)給量可達(dá) m。