【正文】 、應變和力。只有準確地獲取物體在各個位置處的受力狀態(tài)，才能對物體的安全性進行正確的評估，從而進行優(yōu)化的結構設計及改進。運用SolidWorks軟件進行系統(tǒng)建模并作適當簡化。其中左側試驗臺用于支承滑臺、安放計算機及其他實驗設備。額定功率200W，額定轉速3000r/min。其額定功率4kW，額定轉速3000r/min。m；n——轉速，3000r/min；計算所需電機功率。分析實驗數據，得到實驗結果。 機匣機匣的另一側安裝力傳感器，用于收集試驗數據，并與滑臺相連接。本試驗臺需要模擬碰摩過程，所以要建立機匣的模型。 滑臺 機匣的模擬本課題研究葉盤轉子系統(tǒng)的碰摩，壓氣機等旋轉機械，在運行（特別是啟動）過程中，在旋轉部件和靜止部件之間常會發(fā)生摩擦故障。 箱體上視整個外殼采用固定角鐵與下方的板連接并固定，每側2個共計4個。 箱體 因為試驗臺尺寸比較大，為了使結構穩(wěn)定，采用角鋼構建整體框架。另外，這種軸承可承受軸向載荷，但不能承受徑向載荷。推力球軸承采用高速運轉時可承受推力載荷的設計，由帶有球滾動的滾道溝的墊圈狀套圈構成。同理，107h。這樣即可避免引起附加軸向力，而且可在兩個方向使軸或外殼限制在軸向游隙范圍內。 并且只能限制軸或外殼在一個方向的軸向位移。在軸向力作用下，接觸角會增大。接觸角越大，軸向承載能力越高。角接觸球軸承可同時承受徑向負荷和軸向負荷。根據軸承壽命公式 （31）計算可得，1010h。首先，上軸與下軸均選用角接觸球軸承7015AC。以上因素導致很多在臥式軸承轉子系統(tǒng)中使用比較成熟的設計計算和試驗方法無法應用在立式結構的軸承轉子系統(tǒng)中[12,13]。 軸承的選用立式轉子系統(tǒng)的布置及承載情況和臥式轉子系統(tǒng)存在較大差異，如：在理想對稱情況下，轉子不受徑向力作用，軸承載荷為零，軸心位于軸承中心而處于不穩(wěn)定狀態(tài)。（a）上軸（b）下軸 軸由于本試驗臺是立式結構，下軸需與安裝在最下的發(fā)動機相連，因為是薄壁空心結構，不能采用一般的鍵，故采用了上圖所示類似花鍵的結構，用以連接聯軸器。 葉片固定方式盤的兩側連接盤凸，用于連接軸，便于加工及安裝。另外，當打開壓氣機機匣后，這種結構還允許單獨更換某一級的工作葉片，為發(fā)動機維護修理提供了方便[11]。而壓氣機的后面那些級，葉片較小，相應的離心負荷小，因此，常采用周向燕尾槽結構。軸向燕尾槽與周向燕尾槽相比，軸向燕尾槽更復雜，加工費用高，一般需要拉削加工。采用周向榫槽，葉片在槽內可以周向移動，這通常靠鎖緊螺栓和螺帽來固定，一般一周上有兩處鎖緊。榫槽有兩種，一種是軸向，一種是周向。本試驗臺暫不考慮熱應力影響，所以要在保證其強度的前提下，盡可能的減輕葉盤的重量[10]。這種溫度的變化就產生熱應力。壓氣機工作過程中，盤的應力主要受三個力的影響：葉片離心力所產生的應力、盤本身的慣性所產生的應力以及由于從盤心孔到盤緣梯度變化所產生的熱應力。 葉盤葉片系統(tǒng)整個系統(tǒng)由葉盤、葉片、葉片卡件、卡緊塊組成。 盤鼓混合式轉子為了便于設計以及實驗的需要，只做1級盤。 葉盤的設計本試驗臺采用盤鼓混合式轉子。這種轉子既有盤式轉子強度好的特點，又有鼓式轉子抗彎曲剛性高的優(yōu)點，因此在壓氣機中得到了廣泛的應用。當采用多級盤式結構時，通常都要采取增強轉子剛度的措施。羅與鼓筒式轉子相比，盤的強度高，但把多個盤連接后所形成的的轉子的抗彎曲強度低，容易產生振動。 2. 盤式轉子 盤式轉子由一個或一組盤與轉軸組成。但根據對鼓筒的受力分析和強度計算可知，在實際工作中，由于材料硬度的影響，鼓筒的旋轉速度要受到限制。V2500發(fā)動機風扇后的增壓級轉子也采用了鼓式結構。工作時，作用在轉子上的負荷由鼓筒承受和傳遞。 a. 鼓式 壓氣機轉子結構的基本形式 1. 鼓式轉子 鼓式轉子的基本構件就是一個圓柱形或圓錐形鼓筒，鼓筒的前后再分別與轉軸連接在一起。轉子可有三種基本結構形式：鼓式、盤式和盤鼓混合式。壓氣機由轉子和靜子組成。 鑒于 ADAMS 軟件的上述特點，目前在整個商品化的多體軟件的銷售中，市場占有率最高，其中汽車行業(yè)的使用率約為43％[7]。 i) 表面接觸功能可自動檢測接觸是否發(fā)生并作出響應。 g) 具有一個強大的函數庫，供用戶自定義力和運動發(fā)生器。 E) 具有組裝、分析和動態(tài)顯示不同模型或同一模型的某一變化過程。 c) 具有二維和三維建模能力。其靜平衡法包括多種級別積分，因此當一種積分方法失效后，軟件就自動開始進行第二次積分。 ADAMS 軟件的特點 具體地說,ADAMS 軟件具有如下特點： a ) ADAMS 具有先進的數值分析技術和強有力的求解器，其動力學數值積分有極強的適應性，積分步長和輸出步長無關，用戶可以成功地進行高頻輸出。 在對系統(tǒng)進行動力學、靜力學分析之前，ADAMS自動進行初始條件分析，以便在初始系統(tǒng)模型中各物體的坐標與各種運動學約束之間達成協(xié)調，這樣可以保證系統(tǒng)滿足所有的約束條件。在進行動力學分析時，ADAMS采用兩種算法: (1)提供三種功能強大的變階、變步長積分求解程序:GSTIFF積分器，DSTIFF積分器和BDF積分器來求解稀疏藕合的非線性微分代數方程，這種方法適于模擬剛性系統(tǒng)(特征值變化范圍大的系統(tǒng)) (2)提供ABAM積分求解程序，采用坐標分離算法，來求解獨立坐標的微分方程，這種方法適于模擬特征值經歷突變的系統(tǒng)或高頻系統(tǒng)。 ADAMS的理論基礎和求解方法 動力學方程的求解速度很大程度上取決于廣義坐標的選擇。ADAMS/Solver有各種建模和求解選項，以便精確有效地解決各種工程問題。 ADAMS/View(界面模塊)是以用戶為中心的交互式圖形環(huán)境，它提供豐富的零件幾何圖形庫、約束庫和力庫，將便捷的圖標操作、菜單操作、鼠標點取操作與交互式圖形建模、仿真計算、動畫顯示、優(yōu)化設計、XY 曲線圖處理、結果分析和數據打印等功能集成在一起。ADAMS軟件的仿真可用于預測機械系統(tǒng)的性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷以及有限元的輸入載荷等。此外，ADAMS 還包括Linear(線性分析模塊)、Exchange(圖形接口模塊)、Controls(控制模塊)、MECHANISM／Pro(機構分析模塊)、Vehicle(車輛模塊)、Animation(動畫模塊)、ADAMS/Driver(駕駛員模塊)等。ADAMS／Tire(輪胎模塊)是研究輪胎與道路相互作用的可選模塊。仿真功能還包括牽引性能控制、ABS 等控制系統(tǒng)。ADAMS/Car(轎車模塊)賦予工程師精確建立整套虛擬樣機的能力，其中包括懸架、傳動系、發(fā)動機、轉向機構、ABS 系統(tǒng)以及其它復雜總成。ADAMS／Flex 支持ANSYS、MSC／NASTRAN 和1DEAS 的中性文件(Neutral File)格式。ADAMS／Flex 是集成可選模塊，是ADAMS 與Flex 軟件之間進行雙向數據通訊的接口，它可研究柔性體對機械系統(tǒng)性能的影響，該模塊利用模態(tài)頻率生成柔性體的ADAMS 模型，由于系統(tǒng)仿真研究考慮了柔性體的影響，因此可以明顯提高仿真精度。ADAMS／Solver 有各種建模和求解選項，以便精確有效地解決各種問題它可以對剛體和彈性體進行仿真研究。ADAMS／Solver 是位于ADAMS 產品系列心臟地位的仿真“發(fā)動機”。仿真結果采用強有力的、形象直觀的方式描述虛擬樣機的動力學性能，并將分析結果進行形象化輸出。ADAMS 的核心配置方案是核心仿真軟件包，它包括交互式圖形用戶界面ADAMS／View 和仿真核心的求解器ADAMS／Solver 等。 ADAMS的理論基礎和求解方法 ADAMS軟件簡介ADAMS是較權威的機械系統(tǒng)仿真設計軟件，工程中可利用ADAMS 交互式圖形環(huán)境、零件約束、力庫等建立機械系統(tǒng)三維參數化模型，并通過對其運動性能進行高精度逼真的仿真分析和比較，研究“虛擬樣機”可供選擇的多種設計方案。(5) 沖擊、碰撞、金屬成形問題 對沖擊、碰撞、金屬成形過程進行數值仿真分析，校驗其安全性能，兵提前預示結構的缺陷與不足，以及時修改設計，節(jié)約研發(fā)時間，縮短研發(fā)費用。(4) 流動問題 確定結構流體介質的流動及熱行為，分析流動對結構安全性能、密封性能等的影響，以保證結構的性能滿足設計的需要。(3) 熱、熱變形問題 分析物體在熱源作用下的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)溫度分布，以及改溫度分布下結構的熱變形，以獲取該結構的熱力學性能，校驗是否能達到設計的要求。(2) 振動、噪聲問題 研究結構的振動特性，以及在隨時間變化載荷作用下的動態(tài)相應，以尋求隔振、降噪的解決方案。該類問題主要涉及ANSYS的結構分析模塊，可以考慮結構的線性及非線性特性。 ANSYS在機械領域的應用 ANSYS在機械領域主要用于確定結構在載荷作用下的靜力、動力、熱和流動等行為，研究結構的強度、剛度以及穩(wěn)定性等問題。 (8)良好的用戶開發(fā)環(huán)境。 (7)友好的程序接口。 (6)多場耦合功能。 (5)獨特的優(yōu)化功能。 (4)多種網格劃分方式。 (3)強大的非線性分析功能。 (2)強大的求解功能。ANSYS作為功能強大的、應用廣泛的有限元分析軟件，其功能主要體現在一下幾個方面： (1)數據統(tǒng)一。ANSYS軟件是集結構、熱、流體、電磁多場耦合等分析技術為一體的通用有限元軟件，ANSYS已應用到全世界的諸多領域，涉及航空航天、汽車、船舶、通信、建筑結構、通用機械、醫(yī)療器械及電子電氣等。 ANSYS簡介 ANSYS軟件特點 在目前的大型通用有限元分析軟件中，美國的ANSYS軟件是最為通用有效的商業(yè)有限元軟件之一。 (2)裝配體：在SolidWorks中自上而下生成新零件時，要參考其他零件并保持這種參數關系，在裝配環(huán)境里，可以方便地設計和修改零部件。 下面是零件建模、裝配體等基本模塊的特點： (1)零件建模：SolidWorks提供了基于特征的、參數化的實體建模功能，可以通過特征工具進行拉伸、旋轉、抽殼、陣列、拉伸切除、掃描、掃描切除、放樣等操作完成零件的建模。 其特征是指可以用參數驅動的實體模型，是一個實體或者零件的具體構成之一，對應一形狀，具有工程上的意義；因此這里的基于特征就是零件模型是由各種特征生成的，零件的設計其實就是各種特征的疊加。該集團提供涵蓋整個產品生命周期的系統(tǒng)，包括設計、工程、制造和產品數據管理等各個領域中的最佳軟件系統(tǒng)，著名的CATIAV5就出自該公司之手，目前達索的CAD產品市場占有率居世界前列。東北大學畢業(yè)設計 第2章 應用理論及軟件概述第2章 應用理論及軟件概述 SOLIDWORKS簡介 SOLIDWORKS概述 SolidWorks為達索系統(tǒng)（Dassault Systemes ）下的子公司，專門負責研發(fā)與銷售機械設計軟件的視窗產品。 本課題以壓氣機葉盤轉子系統(tǒng)為研究對象，設計可以進行碰摩測試的立式試驗臺，并應用CAXA、SolidWorks軟件對該試驗臺進行二維圖繪制以及建立其三維模型。但與國外同類試驗器相比，還有較大的差距，同時，由于試驗器自身條件的限制，無法展開彈用和無人機用發(fā)動機風扇/壓氣機部件性能試驗[5]。 國內研究現狀及發(fā)展動態(tài)我國目前己建有不同功率等級、不同轉速、轉向的壓氣機試驗臺架，為航空發(fā)動機的定型、預研做了大量試驗與驗證。 近年來，隨著高增壓比、高效率、低噪聲、抗高畸變以及高可靠性的壓氣機的研究，使壓氣機實驗技術有很大發(fā)展。英國的艾利遜發(fā)動機公司的小比例風扇試驗器，最大轉速達45000r/min，最大功率約200kW。 國外航空發(fā)達國家相關壓氣機試驗設備，如俄羅斯中央航空發(fā)動機研究院的多級壓氣機模型試驗器，最大轉速為3500r/min。GE公司利用該技術提出了定制(Tailored)葉型概念, 意即像裁縫那樣量體裁衣、做出最合身的衣服。由于真實高壓壓氣機后幾級葉片和通道尺寸很小,很難對流場進行準確測量, 于是, 想到將其放大, 即按某種意義下的流動相似準則, 將高速小尺寸的真實壓氣機轉換為低速大尺寸模型, 在低速大尺寸條件下對流場細節(jié)進行準確測量, 發(fā)現不足之處, 在改進后再在低速下作試驗。正是二者緊密結合, 共同不斷發(fā)展、完善、提高,才達到了今天如此強大、高水平的研制能力。 國外研究現狀及發(fā)展動態(tài) 壓氣機是在工質參數變化范圍很寬的條件下工作的大功率部件，也是發(fā)動機試驗中耗費最大、測試技術較復雜的部件，其試驗任務十分廣泛，與理論計算值得相互一致性也在不斷提高。隨著大型機組向著高性能、高效率發(fā)展，動靜間隙變小，碰摩的可能性也隨之增加。以壓氣機為例，這類大型旋轉機械，在運行（特別是啟動）過程中，在旋轉部件和靜止部件之間常會發(fā)生摩擦故障，導致機組振動超標甚至損壞。東北大學畢業(yè)設計（論文） 目錄立式葉盤轉子碰摩測試實驗臺的設計與分析畢業(yè)論文目錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景及意義 1 國內外研究現狀及發(fā)展動態(tài) 1 國外研究現狀及發(fā)展動態(tài) 1 國內研究現狀及發(fā)展動態(tài) 2 本課題研究目的及主要研究內容 2第2章 應用理論及軟件概述 3 SOLIDWORKS簡介 3 SOLIDWORKS概述 3 SOLIDWORKS建模簡介 3 ANSYS簡介 4 ANSYS軟件特點 4 ANSYS在機械領域的應用 5