济南大学毕业设计济南大学毕业设计PAGE-2-PAGE-1-毕业设计题目转子实验系统设计学院机械工程学院专业机械工程及自动化班级机自0704学生潘沛学号20070403300指导教师宋方臻二〇一一年六月七日济南大学毕业设计--1前言1.1选题背景与意义1.1.1国内外研究现状旋转机械被广泛地应用于包括燃气轮机、航空发动机、工业压缩机及各种电动机等机械装置中。在电力、航空、机械、化工、纺织等国民经济领域中起着非常重要的作用，而对其动力学特性的研究也形成了一门专门的学科—转子动力学。50年代以来，电力、航空、机械、化工工业的迅猛发展极大地推动了转子动力学的研究。发电机组的单机容量从几万千瓦发展到了上百万千瓦，飞机也开始进入喷气发动机时代。旋转机械的转子越来越柔、功率越来越大、转速越来越高，甚至达到了三、四阶临界以上，这为转子动力学的研究提出了一系列的研究课题，也有力地促进了转子动力学的发展[1]。我国的转子动力学研究开始于上世纪八十年代，当时主要是有针对性的对地面旋转机械的平衡技术和航空发动机的机构强度问题进行了相关研究。进入到九十年代，大量的科学技术人员加入到对转子动力学的研究当中，也涌现出一些优秀的专著。当前我国在转子动力学研究上存在的主要问题是重复研究较多，缺少自主创新能力，并且在某些领域的研究还是处于空白阶段。虽然存在一些问题，但是我国在转子动力学的方面的研究的进步是显著的，对国民经济的推动作用是很大，相信我国的科学技术人员会取得更大的成果[1]。目前我国对转子动力学研究的重点是转子系统的状态监测和故障诊断及转子系统的非线性振动、分叉与混沌。尤其是有关转子碰摩、裂纹和轴承油膜力引起的分叉和混沌的研究是当前研究的热点。在这方面也取得了不少成果，基本摸清了分叉响应的特点和进入混沌的道路形式。但是我国目前在密封动力学、航空发动机转子动力学、磁轴承等方面的研究离世界水平还有较大差距，而在全尺寸转子动力学的实验研究方面的差距更大。另外研究中存在理论研究的深度不够、数值分析的转子系统模型过于简单等问题[1]。在国外，近年来随着计算机容量和速度的迅速提高，一些学者已开始进行大型复杂非线性转子系统的动态特性分析，并开始将分析结果用于指导转子系统的非线性设计。总体来看，国内外对多自由度、强非线性系统还缺少成熟的理论分析方法。随着研究的不断升入，以理论力学为基础的分析方法只能满足于简单离散转子系统，而对于复杂转子系统对采用传递矩阵法和有限元法。由于算法的改进和发展同时伴随着计算机计算能力的不断提高，出现了系统的针对转子系统而建立的分析方法，一些基于有限元的成熟商业用软件也涌现出来，例如ANSYS、MATLAB等分析软件。1.1.2选题的目的及意义对于旋转机械来讲，转子是机器的核心部分，随着现在机械装备制造技术的快速发展，高速、高精、超大型的选转机械不断涌现，这就对转子的设计和制造技术提出了更高的要求。而机械工程及自动化专业就是为了培养机械设计、制造、管理的工程技术人员，它所涉及的学科繁多。机械系统动力学、测试技术、机械振动、机电传动与控制等又是机械工程及自动化专业的主干课程或重要选修课，掌握这些知识对学生成为合格的工程技术人员有重要意义。由于学校难以提供大型设备用于教学，目前课程教学体系主要还是以书本为主，缺少学生自主动手采集、处理、分析数据的环节，使学生缺乏应用知识的环节，理论与实践出现脱节。不仅不利于教学，也不利于激发学生的求知欲望和学习兴趣。本转子试验系统，就是专门为高等院校的机械学科的实验环节开发的教学实验系统。结合高等院校所开设的理论课程，配合本系统的实验环节，能让学生更加直观的理解所学知识，并将理论知识转化为实际的动手操作经验。同时，本转子试验系统还适用于专门振动测试、转子动力学研究的有关科研人员，为他们提供了简单有效地科研实验平台。1.2设计内容由于设计、结构、材质不均匀以及制造安装误差等原因，所有实际转子的中心惯性主轴都或多或少的偏离其旋转轴线。这样，当转子转动时，转子各微元质量的离心惯性力所组成的力系不是一个平衡力系。这种情况称为转子具有不平衡或失衡。研究表明，旋转机械的振动主要是由不平衡引起的，尤其在高速旋转机械中表现得更为显著。本实验系统就是要通过不平衡量、轴承跨度的增减，来模拟出旋转机械的多种振动现象。基于以上所述，本实验系统作为转子转速控制、振动测量等测控实验的平台，该系统能完成转子振动测试，也可单独测量转速、临界转速，同时对采集到的振动信号作时域和频域分析并显示图形等。从整体上应分为两部，一是模拟系统，目的是创造一个动态环境，为研究转子振动及测试提供基础条件，它包括驱动装置、转子系统、实验台等；二是测试系统，目的是采用合理测