引言

    轉(zhuǎn)子不對(duì)中是指由于機(jī)械的制造、安裝誤差、機(jī)組沉降不均及受載或溫度變化后的各種變形，使機(jī)器在工作狀態(tài)時(shí)驅(qū)動(dòng)軸的軸線與從動(dòng)軸的軸線產(chǎn)生軸線的對(duì)中位移誤差，常見的轉(zhuǎn)子不對(duì)中有：平行不對(duì)中、角度不對(duì)中、綜合不對(duì)中。轉(zhuǎn)子不對(duì)中造成轉(zhuǎn)子的彎曲及在軸承中的附加載荷，致使各軸承間的載荷重新分配，引起機(jī)組強(qiáng)烈共振。

   本文主要研究平行不對(duì)中，利用虛擬仿真技術(shù)，通過嵌入Hertz接觸理論建立風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)模型，為基于虛擬樣機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的診斷的可行性研究提供了依據(jù)。

1 仿真模型的建立

        以某企業(yè)原料廠風(fēng)機(jī)系統(tǒng)為研究對(duì)象。該風(fēng)機(jī)系統(tǒng)有電動(dòng)機(jī)、調(diào)速液力耦合器、增速風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)等組成，中間分別采用膜片聯(lián)軸器和齒式聯(lián)軸器連接成一整體，其系統(tǒng)布置見圖1.利用Pro/E軟件建立其參數(shù)化模型，在利用Mechanism/Pro接口對(duì)模型進(jìn)行剛體化定義，然后倒入ADAMS軟件中定義各剛體之間的約束，并對(duì)仿真模型的正確性進(jìn)行檢驗(yàn)， 

    在對(duì)模型中齒式聯(lián)軸器的處理過程中，兩半聯(lián)軸器與外齒套施加實(shí)體接觸，需要大量的計(jì)算時(shí)間，并由于矩陣奇異而導(dǎo)致求解失敗，所以對(duì)齒輪嚙合沿齒寬方向的偏差進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，把沿齒寬的面接觸簡(jiǎn)化為線接觸，其輪齒的齒廓線是用ADAMS中的樣條曲線擬合工具生成的，并通過修改曲線的參考點(diǎn)坐標(biāo)，把曲線嵌入到實(shí)體零件中。

2 聯(lián)軸器不對(duì)中故障機(jī)理

   齒式聯(lián)軸器平行不對(duì)中制的是兩半聯(lián)軸器的軸心線不在同一條直線上，而是相互平行保持一段距離，在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下產(chǎn)生振動(dòng)響應(yīng)，見圖3.在發(fā)生平行不對(duì)中故障后聯(lián)軸器的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況見圖4.

設(shè)O1是左半聯(lián)軸器的中心，O2是右半聯(lián)軸器的中心，O‵是齒套的中心，平行不對(duì)中量為

3 仿真分析

3.1 接觸參數(shù)的選擇

       根據(jù)Hertz接觸理論和齒式聯(lián)軸器的主要參數(shù)，計(jì)算出輪齒嚙合剛度k為15.067e+5N/mm/3/2,阻尼系數(shù)Damping為3000N.s/mm,碰撞力指數(shù)為1.5，穿透深度為0.1.阻尼系數(shù)為0.1，對(duì)于漸開線齒輪，其工作過程中齒廓嚙合點(diǎn)的位置是變化的，由于各嚙合點(diǎn)的曲線半徑隨著節(jié)點(diǎn)嚙合處的曲率半徑上下波動(dòng)，因此R是一個(gè)變量，考慮到齒輪的齒高和分度圓半徑比較小，變動(dòng)范圍不大，故在計(jì)算中近似以分度圓上的值來代替。

對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行0.5s,300步的仿真，得到系統(tǒng)部分相應(yīng)的曲線。

3.2 多工況先的仿真

該系統(tǒng)所用聯(lián)軸器為半撓性聯(lián)軸器，它在工作中能自動(dòng)調(diào)整微量的不對(duì)中量，并且在建模中進(jìn)行等效轉(zhuǎn)化，為了更明顯的看出不對(duì)中故障的特征，取不對(duì)中量分別為0.5，1，2，3，轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速4843r/min,進(jìn)行0.5s,300步仿真，以不對(duì)中量3mm為例，見圖6

通過對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不對(duì)中故障進(jìn)行的動(dòng)力學(xué)仿真分析，得出結(jié)論：

（1）在齒式聯(lián)軸器不對(duì)中故障的情況下，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在振動(dòng)中除基頻外，還有2倍、3被、4倍、5倍的情況

（2）對(duì)于2倍頻分量，其幅值隨著不對(duì)中量的增加而增大

（3）軸心軌跡隨著不對(duì)中量的增大，逐漸由正常時(shí)的圓形過渡為類似香蕉形

（4）齒式聯(lián)軸器的碰撞力，其幅值與不對(duì)中量成正比，隨著不對(duì)中量的增加，力幅值線性增大。

4結(jié)論

      詳細(xì)分析了齒式聯(lián)軸器的不對(duì)中故障機(jī)理，在此基礎(chǔ)上，利用虛擬樣機(jī)的仿真技術(shù)建立了該風(fēng)機(jī)的樣機(jī)模型，進(jìn)行多工況下的仿真分析，提取其特征信號(hào)，通過時(shí)域的波形圖、FFT頻譜圖，數(shù)據(jù)、曲線圖和軸心軌跡進(jìn)行分析。得到不對(duì)中故障規(guī)律，仿真結(jié)果和理論分析比較，其結(jié)果相互吻合，證實(shí)了仿真結(jié)果的正確性。

參考文獻(xiàn)

1 韓健 齒式聯(lián)軸器聯(lián)接轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的對(duì)中故障機(jī)理與識(shí)別

2 李三群等 基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的齒輪聯(lián)軸器動(dòng)力學(xué)仿真研究

3 賈長治 虛擬樣機(jī)在火炮研制及評(píng)估中的應(yīng)用研究

4 夏松波 張新江 劉占生 旋轉(zhuǎn)機(jī)械不對(duì)中研究故障綜述