《轴系的扭转振动》课件

轴系的扭转振动轴系是各种机械装置中不可或缺的重要部件其扭转振动是一个不可忽视的,动力学问题本节将探讨轴系扭转振动的成因、影响以及分析与控制的相关方法课程介绍课程目标系统学习轴系的扭转振动理论,掌握分析和解决轴系振动问题的方法课程内容包括扭转振动的基本概念、产生原因、影响分析、测量方法及抑制措施等适用对象适用于机械、电气、自动化等相关专业的师生,以及从事机械设计、制造维护的工程技术人员轴系的基本概念轴系的构成轴的受力状态12轴系由主轴、轴座、轴承等轴在运转过程中会受到弯曲、部件组成，用于传递能量或扭转、压缩等复合应力的作力矩用轴系的动力学特性轴系的运转状况34轴系的转动惯量、刚度和阻轴系的运转稳定性和可靠性尼特性会影响轴系的振动特对整机的使用寿命至关重要性扭转振动的定义和特点定义特点扭转振动是指轴系在受到扭矩扭转振动具有固有频率、阻尼的作用下产生的周期性振动特性、能量耗散等特点其频这种振动主要发生在连接两个率可能与驱动频率接近或重合,或多个质量元件的转动轴上容易引起共振危害严重的扭转振动会导致轴承磨损、轴系断裂等问题严重影响设备的使,用寿命和可靠性扭转振动的产生原因不平衡力柔性支承外部激励共振现象不平衡的离心力以及非对称柔性的轴承或联轴器会使得来自驱动电机、齿轮传动或当外部激励频率接近轴系的的负荷会导致轴系产生扭转轴系产生更大幅度的扭转变其他外部机械系统的间歇性固有频率时会发生共振而,振动这些不平衡力会造成形从而引发扭转振动冲击会激发轴系的扭转振动导致扭转振动幅值急剧增大,轴系产生周期性的扭转应变轴系扭转振动的影响设备损坏机器故障噪音污染轴系扭转振动可能导致机械部件损坏和严重的扭转振动还可能导致轴承、联轴轴系扭转振动还会产生噪音对工作环境,加速磨损从而影响设备的可靠性和使用器等关键部件失效引发设备故障和停运和人员健康造成影响需要采取有效的,,寿命防振措施扭转振动分析的意义设备诊断扭转振动分析可以用于机械设备的状态诊断及时发现设备的异常情况,故障预防通过扭转振动分析可以预防设备潜在的故障降低维修成本,性能优化扭转振动分析有助于了解设备的运行状态从而优化性能和提高效率,扭转振动分析的方法频域分析时域分析通过对轴系振动信号的频谱分观察振动信号随时间的变化趋析，可以确定主要的振动频率势可以更直观地发现问题症状,,及其特点这有助于识别扭转为扭转振动的诊断和治理提供振动的产生原因依据模态分析动力学仿真识别系统的固有频率和振型有通过建立轴系动力学模型可以,,助于准确预测扭转振动的发生模拟扭转振动的发生过程为振,及其影响范围动抑制提供科学依据单自由度扭转振动系统简单模型单自由度扭转振动系统可以简单地用一个扭转弹簧和一个旋转质量组成的模型来表示单一振动模式这种系统只有一个自由度因此只存在一个固有振动模式和,一个固有振动频率振动特性分析通过分析单自由度系统的动力学方程可以确定其振动特性,,如固有频率、阻尼比等单自由度系统的运动方程动量平衡1根据牛顿第二定律得到弹性力2由轴系的扭转刚度决定阻尼力3由轴系的阻尼特性决定单自由度轴系振动系统的运动方程可以通过动量平衡、弹性力和阻尼力的关系得到这个方程描述了轴系在扭转振动过程中的动力学行为为后续分析奠定了基础,单自由度系统的固有频率

1.2固有频率单自由度扭转振动系统的特有固有频率30Hz频率范围通常在30Hz左右波动

0.25无量纲频率根据系统参数计算得出的无量纲固有频率单自由度扭转振动系统的固有频率是系统的特有属性,主要取决于轴的转动惯量和扭转刚度通过计算可以得出无量纲的固有频率值,并结合实际参数换算成Hz的频率范围,用于分析振动特性和预测系统行为单自由度系统的临界阻尼临界阻尼是单自由度振动系统中一个重要的概念当系统阻尼系数恰好为临界阻尼时，系统达到最快速的失稳并回到静止状态，而无任何振荡临界阻尼值是通过计算系统的固有频率和质量参数来确定的单自由度系统的过阻尼特点系统对初始扰动的响应会快速衰减，振动很快消失，不会出现周期性振动速度曲线速度曲线是一个指数衰减曲线，没有任何振荡位移曲线位移曲线也是一个指数衰减曲线，没有振荡阻尼比阻尼比大于这种状态称为过1阻尼状态单自由度系统的欠阻尼单自由度系统的欠阻尼振动是一种常见的振动类型当系统的阻尼比小于1时,系统会表现出周期性的振荡这种振动状态下,振幅会随时间呈指数衰减,且振动频率接近系统的固有频率振动特点振幅衰减渐弱，振动频率接近固有频率应用场景机械设备、结构工程、电子电力系统分析方法时域分析、频域分析、模态分析欠阻尼振动存在一定程度的稳定性,但仍需要重视其产生的负面影响,如结构疲劳、能量损耗等因此,需要采取有效的抑制措施,如增加阻尼、调整系统参数等多自由度扭转振动系统多轴系统特点1多自由度扭转振动系统由多个轴和链接元件组成，具有复杂的动态响应特性耦合效应2各个自由度之间存在耦合关系，一个自由度的振动会影响其他自由度的振动固有频率分析3需要对系统的多个固有频率及相应的振型进行分析与识别多自由度系统的运动方程建立质量矩阵1根据系统各质量单元的质量和位置信息，建立整个系统的质量矩阵建立刚度矩阵2根据系统各部件的刚度特性，建立整个系统的刚度矩阵建立阻尼矩阵3根据系统各部件的阻尼特性，建立整个系统的阻尼矩阵建立动力学方程4将上述三个矩阵组合，得到多自由度系统的运动方程多自由度系统的运动方程是通过建立质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵，最终得到的动力学方程组这些矩阵的建立需要综合考虑系统各部件的质量、刚度和阻尼特性，从而反映出整个系统的动力学特性多自由度系统的固有频率多自由度系统的模态分析理解模态模态分析的意义分析步骤应用举例多自由度振动系统具有多个模态分析能够识别系统的固•建立系统的运动方程如旋转机械的轴系振动分析,固有频率及相应的振型模有频率和振型有助于理解可针对不同模态提出针对性,•求解特征值得到固有态每个模态代表系统振系统的振动特性为设计提的抑制措施,频率动的一种基本模式供依据•求解特征向量得到振型•分析各模态的特点多自由度系统的振型分析理解振型确定振型振型描述了系统各自由度的通过求解系统的特征方程可,振动形态反映了结构变形的以确定多自由度系统的固有,整体特性振型分析振型应用振型分析各振型的特点和差异有振型分析结果可用于模态操,助于理解系统的动力学行为纵、振动测试和结构优化等工程应用扭转振动的测量方法扭转角测量扭转应力测量轴系振动测量通过测量轴系在特定位置的扭转角度变在轴系上安装应变片测量装置可以实时利用振动测量传感器安装在轴承箱或轴,化可以分析系统的扭转振动特性使用监测扭转应力变化从而推算出扭转振动身上可以检测轴系产生的振动信号为扭,,,,专业的扭转角测量仪可精准捕捉振动情的幅值和频率转振动分析提供数据支持况扭转振动的测量设备在工程实践中准确测量轴系的扭转振动是非常重要的常用,的扭转振动测量设备包括扭转位移传感器、扭矩传感器、光电编码器等这些设备能够准确监测和记录轴系在运转过程中的扭转振动情况为后续的分析和研究提供可靠的数据支撑,扭转振动测量的注意事项选择合适的测量仪器正确安装传感器定期校准测量系统确保测量仪器具有足够的测量范围和精传感器的安装位置和方向直接影响测量为确保测量结果的准确性需要定期对测,度以获得准确的扭转振动数据结果需要特别注意传感器的安装量系统进行校准和校正,,扭转振动的抑制措施设备设计优化阻尼装置应用通过优化轴系设计和材料选择使用弹簧、减震器等阻尼装置,,降低扭转振动产生的根本原因吸收扭转振动能量降低振动幅,度主动控制技术动平衡调整应用电磁阻尼器等主动控制技通过对轴系和转子的动平衡调术实时检测并主动调节抑制扭整降低扭转振动的激励源强度,,转振动扭转振动抑制的设计原则预防为先增加阻尼在设计阶段充分考虑预防扭转振动的措施采用合理的阻尼装置提高系统的耗能能力,,,从根源上控制问题发生减弱振动合理调谐隔离振动精准调整系统的固有频率避免激励频率与采用隔振装置阻隔振动的传播保护关键部,,,固有频率的共振件免受振动危害扭转振动的抑制方法调整结构阻尼优化轴系刚度采用减振器调整激励频率通过优化轴承、联轴器等部合理设计轴径、轴承及连接在轴系上合理设置减振器通过调整发动机转速、齿轮,件的设计增加系统的结构部件提高轴系整体刚度以能有效吸收和隔离扭转振动比等参数使轴系的固有频,,,,,阻尼从而抑制扭转振动的提高系统的固有频率远离降低振动对机械设备的影响率远离可能的激励频率避,,,发生可能的激励频率免共振发生非线性扭转振动系统非线性特性非线性扭转振动系统存在复杂的非线性特性如悬崖、滞后,等无法用简单线性模型描述,振动行为复杂非线性系统会产生混沌振动、震荡等复杂的振动行为难以,准确预测分析方法多样针对非线性系统需要使用数值模拟、解析方法等多种分析,技术来研究其振动特性非线性系统的振动特性多重解参数敏感性12非线性系统可能会存在多个非线性系统的振动行为对系均衡点和平衡状态这意味着统参数的变化非常敏感稍微,,系统可能会出现不同的振动的参数变化都可能导致系统状态产生剧烈的振动分岔现象混沌现象34非线性系统可能会在某些参一些非线性系统还可能出现数下发生分岔系统会突然跳混沌振动表现为看似随机的,,跃到另一种振动状态振动行为难以预测,非线性系统的分析方法建立数学模型首先需要建立非线性系统的数学模型,描述系统的动态特性这种模型可以是常微分方程、偏微分方程或非线性代数方程等形式数值仿真分析利用计算机数值模拟技术对非线性系统的动态响应进行仿真分析,可以预测系统的实际运行行为解析理论分析对于某些特殊形式的非线性系统,还可以采用线性化、渐进稳定性分析等理论方法进行分析求解案例分析让我们分析一个真实的工程案例探讨轴系扭转振动的实际应用这个案例,涉及一家大型发电厂的汽轮机系统在运行过程中出现了严重的扭转振动问,题通过对系统进行详细的测量和分析我们发现扭转振动的主要原因是由于轴,系结构设计不合理导致固有频率过低我们提出了针对性的优化方案成功,降低了振动水平为设备可靠运行提供了保障,课程总结掌握核心概念掌握分析方法重点了解轴系的基本概念、扭转振动的定义和特点以及产生的熟悉单自由度和多自由度扭转振动系统的分析方法包括运动方,原因程和固有频率学会抑制措施应用实际案例掌握扭转振动的测量方法和抑制措施以及非线性扭转振动系统通过具体案例分析将所学知识运用到实际问题中,,的分析方法。