理论教育 轴承模型建立:从有限元分析ANSYS13.0入门到实战

轴承模型建立:从有限元分析ANSYS13.0入门到实战

时间:2023-10-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:临界转速的大小不仅与转子轴的弯曲刚度有关,而且还取决于支撑特性,尤其在两者的刚度量级接近时。为了运行安全,不允许转子在这两个临界转速之间停留,而是很快地加速冲过这个区域。表24-2 模拟轴承的常用单元特性1.使用COMBIN14单元COMBIN14单元允许在一个方向设置刚度或阻尼特性。YZ平面r,l,KYY,KZZ,KYZ,KZY,CYY,CZZrmore,CYZ,CZYCOMBI214单元允许用户定义随转速变化的轴承特性。3个旋转速度KYY(1,1)= l.e+6,2.7e+6,3.2e+6 !铰单元的坐标系形式secjoin,,llKYY=l.e+8CYY=l.e+6KZZ=l.e+10CZZ=l.e+2tb,join,2,,,stifftbdata,7,KYYtbdata,12,KZZtb,join,2,,,damptbdata,7,CYYtbdata,12,CZZ

轴承模型建立:从有限元分析ANSYS13.0入门到实战

实际转子的支撑不是刚性的,都具有一定的弹性。在Jeffcott模型中把支撑处理成刚性,是认为支撑刚度要比转子本身的刚度大得多,以至于支撑在动反力作用下的变形量要比转子的动挠度小得多,在分析转子涡动中可以忽略不计。对于支撑刚度不比转子刚度大得多的情况,自然必须考虑它的影响。在某些动力机械(如大型火力发电机组)系统中,支撑日趋柔软,使得在转子涡动分析中考虑支承弹性越加重要。

考虑支承弹性后,转子的盘心进动轨迹是一个椭圆,出现两个临界ωcxωcy。当转子以这两个临界转速以外的角速度运行时,发生正涡动;在它们之间运动时,发生反涡动。临界转速的大小不仅与转子轴的弯曲刚度有关,而且还取决于支撑特性,尤其在两者的刚度量级接近时。在实际转子的运行中,大多观测到的是正涡动。这是因为支承特性虽然在水平和垂直方向上有差别,但是差别不是很大,故对应的两个临界转速靠得较近。不管接近哪个临界转速运行,都会使转子轴产生很大的动挠度。为了运行安全,不允许转子在这两个临界转速之间停留,而是很快地加速冲过这个区域。因此一般看不到稳态的反涡动,而只看到在这一转速区域之外的正涡动。为了模拟轴承,旋转最合适的单元类型,如表24-2所示。

表24-2 模拟轴承的常用单元特性

978-7-111-35546-5-Chapter24-6.jpg

1.使用COMBIN14单元

COMBIN14单元允许在一个方向设置刚度或阻尼特性。下例给出了如何在X方向设置轴承的刚度系数KX和阻尼系数CX:

KX=l.e+5 !刚度值

CX=100 !阻尼值

et,1,combin14

keyopt,1,2,1 !X方向

r,1,KX,CX

指定关键字KEYOPT(2)的值来定义激活的自由度。单元操作在节点坐标系中完成。

2.使用COMBIN214单元

单元COMBI214允许在平面两个垂直方向定义刚度和阻尼特性。下例给出了在YZ平面定义上轴承:

et.1.combi214

keyopt,1,2,1 !YZ平面

r,l,KYY,KZZ,KYZ,KZY,CYY,CZZ

rmore,CYZ,CZY

COMBI214单元允许用户定义随转速变化的轴承特性。下例给出了KYY和KZZ随转速变化:

et,1,combi214

keyopt,1,2,1 !YZ平面

!define table KYY

*DIM,KYY,table,3,1,1,omegs !定义存储3个转速的表格

KYY(1,0)=0,1000,2000 !3个旋转速度(rd/s)

KYY(1,1)= l.e+6,2.7e+6,3.2e+6 !每一个旋转速度所对应的刚度特性

!define table KZZ

*DIM,K22,table,3,1,1,omegs !定义存储3个转速的表格(www.daowen.com)

KZZ(1,0)=0,1000,2000 !3个旋转速度(rd/s)

KZZ(1,1)= 1.4e+6,4.e+6,4.2e+6 !每一个旋转速度所对应的刚度特性

r,l,%KYY%,%KZZ%

指定关键字KEYOPT(2)的值来定义激活的自由度。单元操作在节点坐标系中完成。

如果COMBI214单元的特性随着转速变化而变化,并且如果使用命令CMOMEGA定义组件的转速,那么就要确定单元是否为合适的旋转组件。

3.使用MATRIX27单元

MATRIX27单元允许用户定义12×12的刚度和阻尼矩阵,这些矩阵可以是对称或是不对称的实例如下:

978-7-111-35546-5-Chapter24-7.jpg

978-7-111-35546-5-Chapter24-8.jpg

4.使用MPC184通用铰单元

MPC184单元是一个具有弹性刚度和阻尼特性的铰单元。使用TB命令定义其6×6特性矩阵。如下例所示:

keyopt,2,4,1 !没有转动

sectype,2,j oint,gene

local,11,0,4,0,0,0,0,0 !铰单元的坐标系形式

secjoin,,ll

KYY=l.e+8

CYY=l.e+6

KZZ=l.e+10

CZZ=l.e+2

tb,join,2,,,stiff

tbdata,7,KYY

tbdata,12,KZZ

tb,join,2,,,damp

tbdata,7,CYY

tbdata,12,CZZ

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