《轴系的扭转振动》课件

轴系的扭转振动课程目标理解轴系的扭转振动现象掌握扭转振动的分析方法了解轴系扭转振动产生的原因、学习运用理论模型和计算软件分影响因素和危害析轴系的扭转振动特性了解扭转振动的控制措施掌握常用的扭转振动控制方法和技巧，例如改变轴系的结构、增加阻尼器等轴系概述旋转部件动力传递运动传递轴系是机器中用于传递动力和运动的旋转轴系将动力从动力源传递到工作机，例如轴系可用于传递旋转运动，例如齿轮箱、部件，通常由轴、轴承、联轴器等组成发动机到泵、电机到压缩机等传动系统等轴系的基本构成轴是轴系的中心部件，承受扭轴承支撑轴，减小摩擦，确保齿轮用于改变转速、扭矩，实联轴器连接轴系，补偿轴系的矩和弯矩，将动力传递给工作轴的旋转精度和稳定性现动力传递和运动转换误差，保证动力传递的平稳性部件轴的受力分析载荷类型受力特点弯曲载荷由齿轮、皮带轮等部件产生的径向力引起扭转载荷由动力传递产生的扭矩引起轴向载荷由轴承、齿轮等部件产生的轴向力引起组合载荷实际工作中，轴往往同时受到多种载荷的作用轴的弯曲变形弯曲应力1由于外力作用产生的内力弯曲变形2轴线发生弯曲弯曲强度3轴抵抗弯曲变形的能力轴的扭转变形扭矩作用1当轴受到外力矩作用时，会发生扭转变形截面变化2轴的截面会发生扭转，形成螺旋形应力产生3扭转变形会产生切应力，在轴的表面最大轴的应力分布Normal StressShear Stress轴的应力分布取决于轴的形状、尺寸、材料和载荷条件，通常由材料力学理论来分析计算扭转振动的产生原因不平衡力周期性冲击力12旋转部件的质量分布不均匀，例如，发动机活塞的往复运动会导致不平衡力，从而引发扭会产生周期性冲击力，传递到转振动曲轴，导致扭转振动齿轮啮合共振34齿轮啮合时，由于齿形误差和当轴系系统的固有频率与激励间隙的存在，会导致冲击和振力的频率相一致时，会发生共动，进而引起轴系的扭转振动振，导致振幅剧烈增大扭转振动的基本原理周期性变化能量传递频率影响扭转振动是一种机械振动，它表现为轴系扭转振动会导致能量在轴系中传递，这可扭转振动的频率与轴系的固有频率有关，在扭转方向上周期性地变化能会导致轴系失效或损坏当激振频率接近固有频率时，会发生共振现象单自由度扭转振动系统定义特点应用一个质量体通过一个弹性元件连接到一仅考虑一个振动自由度，即扭转角，并用于研究和分析简单机械系统的扭转振个固定点，并能够绕该固定点进行扭转忽略其他方向的运动动特性，如轴承、齿轮等运动的系统二自由度扭转振动系统系统描述1两个质量体，通过弹簧或刚性连接，构成二自由度扭转振动系统振动模式2两种不同的振动模式，取决于两个质量体是否同步振动系统分析3分析二自由度系统特性，包括固有频率和振型扭转振动的控制措施扭振阻尼器齿轮参数优化结构刚度调整通过增加系统阻尼，降低振动幅度合理选择齿轮尺寸和材料，避免共振提高轴系的刚度，降低其灵敏度重要参数的选取转速刚度阻尼转速是影响轴系扭转振动的重要因素之一轴系的刚度是指轴系抵抗变形的能力刚轴系的阻尼是指轴系振动能量衰减的速度转速越高，振动幅度越大因此，在轴度越高，振动幅度越小因此，在轴系设阻尼越大，振动幅度越小因此，在轴系设计时，要选择合适的转速，避免共振计时，要选择合适的材料和结构，提高轴系设计时，可以采用一些措施来提高阻尼现象系的刚度，例如使用阻尼材料或增加摩擦轴系设计的注意事项强度校核刚度校核轴系设计需要进行强度校核，以轴系设计需要进行刚度校核，以确保轴能够承受工作载荷确保轴能够承受工作载荷，并保持一定的精度振动分析轴系设计需要进行振动分析，以确保轴能够在工作状态下稳定运行轴承承载能力的计算12额定载荷实际载荷轴承制造商提供的静态和动态载荷，轴承在实际运行中所承受的载荷，需代表轴承在特定条件下的承载能力要根据轴系的工作条件进行计算34安全系数寿命计算考虑各种不确定因素，如材料性能、根据实际载荷、安全系数和额定载荷加工精度等，用于提高轴承的可靠性，计算轴承的预期使用寿命轴的疲劳强度校核12应力集中循环载荷分析轴上的应力集中程度，如键槽、确定轴所受的循环载荷类型和大小圆角等34疲劳极限安全系数根据材料性质和工作环境确定轴的疲选择合适的安全系数，确保轴在疲劳劳极限失效前能够安全工作轴系可靠性分析失效模式分析可靠性指标12识别可能导致轴系失效的因素评估轴系的可靠性指标，例如，例如材料疲劳、过度振动、平均故障间隔时间MTBF、润滑不足等可靠度和可用度等可靠性设计3通过优化设计、材料选择、制造工艺等措施提高轴系的可靠性，降低失效风险振动检测与故障诊断振动传感器用于采集轴系的振动信号收集到的振动信号经过处理和分析，，包括加速度传感器、速度传感器和可以识别轴系的运行状态，判断是否位移传感器存在故障故障诊断根据振动信号的特征，确定轴系的故障类型，并提出相应的解决方案振动监测与预防维护定期监测数据分析12使用传感器定期监测轴系的振分析振动数据，识别潜在的故动情况，及时发现异常障征兆，制定相应的维护策略预防性维修3根据监测结果，进行预防性维修，避免故障发生轴系扭转振动实例分析轴系的扭转振动是机械设备中常见的故障，可能导致严重的破坏和安全隐患通过深入分析典型案例，可以更好地理解扭转振动产生的原因、危害及控制措施案例一机械传动系统:齿轮传动系统的扭转振动是常见的故振动会导致齿轮磨损、轴承损坏，降障低传动效率振动还会产生噪音，影响工作环境案例二涡轮机组:汽轮机组燃气轮机组汽轮机组的扭转振动主要由汽轮燃气轮机组的扭转振动则主要由机叶片旋转时的周期性载荷引起燃烧室产生的周期性压力波动引，尤其是当叶片频率接近轴系的起，这些压力波动会传递到转子固有频率时，振幅会急剧增大，导致扭转振动水轮机组水轮机组的扭转振动则主要由水流的冲击力和压力变化引起的，尤其是当水流频率接近轴系的固有频率时，振幅会急剧增大案例三柴油机曲轴系:曲轴扭转振动振动危害预防措施柴油机曲轴系承受着巨大的扭矩波动，易过大的扭转振动会导致曲轴断裂、连杆断可以通过优化曲轴设计、安装阻尼器等措发生扭转振动裂等严重故障施来降低扭转振动案例四离心泵轴系:旋转轴承径向载荷轴向载荷离心泵的轴承通常为滚珠轴承或滚柱轴承离心泵的轴承主要承受径向载荷，即由泵泵叶轮和轴之间可能存在一定的轴向载荷，用于支撑旋转的轴叶轮旋转产生的向外推力，需要轴承设计和选型进行考虑案例五电机转子:转子不平衡磁场不均匀转子不平衡会导致电机振动和噪音，磁场不均匀会导致电机转速不稳定，严重时会造成轴承损坏产生振动和噪音转子轴承磨损转子轴承磨损会导致电机转子轴的振动，影响电机运行效率案例六齿轮箱:齿轮箱内部结构齿轮箱应用振动监测齿轮箱是机械传动系统的重要组成部分，齿轮箱广泛应用于工业机械、汽车、航空齿轮箱的扭转振动会影响其使用寿命，需用于改变转速、扭矩和运动方向航天等领域，为机器提供可靠的动力传动要通过振动监测仪器进行实时监控典型故障案例及原因分析轴承失效齿轮失效轴体失效轴承磨损、疲劳裂纹、润滑不足、安装不齿面磨损、齿根疲劳断裂、润滑不良、安轴体弯曲、扭转疲劳、应力集中、材料缺当等装精度不足等陷等轴系扭转振动控制措施减振器平衡减振器可以吸收振动能量，降低轴系扭转振动的幅度通过平衡转动部件，减少不平衡力引起的振动刚度设计润滑合理设计轴系的刚度，避免共振现象的发生良好的润滑可以降低摩擦，减少振动本课程小结理解轴系扭转振动掌握控制措施12了解轴系的扭转振动及其产生熟悉各种扭转振动控制措施，原因，掌握分析扭转振动问题并能根据具体情况选择合适的的基本方法控制方法增强实践应用3通过案例分析，提高对轴系扭转振动问题的分析和解决能力答疑与讨论欢迎大家提出问题，我们一起讨论。