基于ANSYS的電機轉子的動力學分析

2017-03-27 by:CAE仿真在線來源:互聯網

1引言

轉子動力學的研究,最早可追溯到十九世紀六十年代。一個多世紀以來,隨著大工業的發展,轉子系統被廣泛地應用于包括燃氣輪機、航空發動機、工業壓縮機等機械裝置中,在電力、航空、機械、化工、紡織等領域中起著非常重要的作用。因而,轉子動力學有著極強的工程應用背景,其相關的研究工作也越來越受到人們的重視。

由于材質的不均勻,制造、加工及安裝誤差等,轉子系統不可避免的存在著質量偏心,同時轉子在工作過程中還可能產生熱變形以及磨損和介質的姑附等現象,這些因素或多或少都會導致轉子不平衡的增大從而使轉子的不平衡振動增大。由過大的不平衡量引起的轉子系統的振動是十分有害的,它使機械的效率降低、載荷增加,使一些零部件易于磨損、疲勞而縮短壽命,較大的振動還會惡化操作人員的勞動環境,甚至會導致發生機毀人亡的嚴重事故。消除或者減小轉子系統的振動首先考慮是對轉子進行平衡。

現代工業上旋轉機械單機容量在不斷增大,而轉子直徑不可能隨其容量的增大而按比例增大。高轉速輕結構是近代高速旋轉機械的發展和設計趨勢。轉子設計和發展的這種趨勢對轉子的質量不平衡提出了嚴格的限制。這種情況下,轉子的動力學變得更加突出和重要。本文使用ansys研究了某電機轉子的動力學問題,為轉子動力學設計找到了一個新的途徑。

2模型的建立及計算

如圖1所示,為電子轉子的有限元模型,使用BEAM188單元模擬轉子的軸,使用MASS21單元模擬轉子,使用單元COMBI214模擬軸承。

圖1電機轉子的有限元模型(不顯示單元)

圖2電機轉子的有限元模型(顯示單元)

圖3給出了Beam188單元的幾何簡圖。Beam188單元適合于分析從細長到中等粗短的梁結構,該單元基于鐵木辛哥梁結構理論,并考慮了剪切變形的影響。

Beam188是三維線性(2節點)或者二次梁單元。每個節點有六個或者七個自由度,自由度的個數取決于KEYOPT(1)的值。當KEYOPT(1)=0(缺省)時,每個節點有六個自由度;節點坐標系的x、y、z方向的平動和繞x、y、z軸的轉動。當KEYOPT(1)=1時,每個節點有七個自由度,這時引入了第七個自由度(橫截面的翹曲)。這個單元非常適合線性、大角度轉動和/并非線性大應變問題。

當NLGEOM打開的時候,beam188的應力剛化,在任何分析中都是缺省項。應力強化選項使本單元能分析彎曲、橫向及扭轉穩定問題(用弧長法)分析特征值屈曲和塌陷)。

Beam188可以采用sectype、secdata、secoffset、secwrite及secread定義橫截面。本單元支持彈性、蠕變及素性模型(不考慮橫截面子模型)。這種單元類型的截面可以是不同材料組成的組和截面。

圖4給出了COMBI214單元的幾何簡圖。COMBI214是專門用來模擬軸承力學性質的單元,可以考慮拉壓,但不能考慮彎曲和扭轉。這個彈簧阻尼單元沒有質量,如果需要質量則通過添加MASS21單元來實現。