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高速电机转子系统动力学特性分析

作　者: 徐爱杰
导　师: 李立青
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 转子动力学模态分析谐响应分析
分类号: TM355
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

高速电机以其体积小、功率密度大等优点使其在以高速加工为代表的各领域得到广泛应用。然而，由于高转速的特点同时也给高速电机与从动机构的连接及其转子系统动力特性提出了新的挑战，因此针对转子系统的动力学特性分析及研究得到业界越来越广泛地关注。为此，根据实际需要，本文针对一设计转速为60000r/min的转子及其从动轴转子组成的转子系统的动力学性能进行了分析，主要研究转子的不平衡量和不对中情况对转子动态性能的影响。首先，针对高速电机转子与其从动转子的过盈连接的问题，设计一种特殊的“工”字型联轴器来适应这种实际工况，并计算其动态过盈量和强度校核。利用有限元分析软件对设计的联轴器进行静动态接触分析，分析结果表明应力分布图满足高转速的要求。其次，对转子系统在对中与不对中情况进行模态分析提取其固有频率、临界转速、振型和Campbell图等模态参数，分析发现各阶固有频率都远大于转子系统本身的固有频率1000Hz，因此系统不会发生共振，可以承受60000r/min的转速。再次，针对转子在高速旋转时的两大问题即不平衡和不对中情况下的转子系统进行谐响应分析。结果为不平衡问题时的谐响应分析的振动响应幅值为0.24mm；带有不对中的不平衡谐响分析时的振动响应值为0.28mm，明显大于完全对中时的振动量。最后，通过单电机试验来验证双电机转子系统谐响应分析的可信性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第1章绪论  8-13
  1.1 课题背景  8
  1.2 课题研究目的和意义  8-9
  1.3 国内外转子系统的研究现状及分析  9-11
    1.3.1 国外研究状况  9-10
    1.3.2 国内研究状况  10-11
  1.4 转子动力学研究状况及方法  11-12
  1.5 主要研究内容  12-13
第2章联轴器—转子动态接触分析  13-22
  2.1 联轴器的结构  13
  2.2 转子动态过盈量  13-16
  2.3 转子联轴器过盈配合应力分析  16-21
  2.4 应力分析  21
    2.4.1 强度要求  21
    2.4.2 转矩传递的要求  21
  2.5 本章小结  21-22
第3章转子系统的模态分析  22-38
  3.1 模态分析定义  22
  3.2 模态分析理论  22-23
  3.3 转子的有限元模型  23-25
  3.4 模态分析  25-37
    3.4.1 坎贝尔图（Campbell Diagram）  25-26
    3.4.2 振型  26-29
    3.4.3 轴承刚度对转子系统的影响  29-33
    3.4.4 不对中时的模态分析  33-37
  3.5 本章小结  37-38
第4章转子系统谐响应分析  38-60
  4.1 谐响应分析的定义  38
  4.2 转子系统谐响应分析  38-41
  4.3 谐响应分析  41-54
    4.3.1 转子系统不平衡谐响应分析  41-48
    4.3.2 转子系统不对中谐响应分析  48-54
  4.4 单电机振动测量实验  54-59
    4.4.1 单电机谐响应分析  54-56
    4.4.2 单电机振动实验  56-59
  4.5 本章小结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-65
致谢  65

高速电机转子系统动力学特性分析

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