基于弯扭组合模型的压缩机曲轴扭振分析.pdf

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1、机械设计与制造第4期MachineryDesign&Manufacture2016年4月基于弯扭组合模型的压缩机曲轴扭振分析郑建荣，张政(华东理工大学机械与动力工程学院，上海200237)摘要：曲轴作为压缩机的关键部件，其扭转振动是引起压缩机共振故障的重要因素。针对大型往复式压缩机曲轴复杂的结构特点和曲轴扭转振动的实际情况，提出具有连续分布质量的等截面轴和弯曲梁相组合的曲轴扭振模型，以曲柄臂和等截面轴的扭转振动微分方程为基础，推导给出了计算曲轴扭振固有频率的状态方程。大型曲轴实例分析结果表明，此方法的计算精度优于传统的集中质量模型、阶梯轴

2、模型，非常接近有限元结果，适合大型往复式压缩机轴系的快速设计计算。关键词：往复式压缩机；曲轴；扭转振动；分布质量模型中图分类号：TH16；O321；TH113．1文献标识码：A文章编号：1001—3997(2016)04—0228—03TorsionalVibrationAnalysisofCrankshaftofCompressorBasedonBending—TOrsiOnCombinationModelZHENGJian—rong，ZHANGZheng(SchoolofMechanicalandPowerEngineering，Ea

3、stChinaUniversityofScienceandTechnology，Shanghai200237，China)Abstract：Crankshaftplaysanimponantroleintorsional--vibrationdestructionofcompressor．Consideringthestructuralfeaturesandtheactuallytorsional-vibrationsituationofalargereciprocatingcompressorcrankshaft，itputsforwa

4、rdacontinuousmt2$smodelconsistingofahomogeneousshwithidenticalcrosssectionandbentbeam．Basedortthevibrationaldifferentialequationofcrankwebandhomogeneoussh，aformulaofnaturalfrequencyfunctionisderiveKResultoftheexampleanalysisshowsthatthisformulaisclosetothefiniteelementres

5、ults，whichpossessesahigheraccuracythanordinarylumped-mossmodelandsteppedshaftmodelandsuitableforengineerdesignandcalculationoflargereciprocatingcompressorcrankshaft．KeyWords：ReciprocatingCompressor；Crankshaft；TorsionalVibration；ContinuousMassModel1引言轴，相比集总参数模型有更高的精度，但都将曲柄

6、简化为等效刚度的圆轴，与曲柄扭转振动的实际情况有较大差异，直接影响曲往复式压缩机广泛应用于石油、化工等行业，发展趋势之一轴扭转振动分析结果的准确性。因此结合曲轴的结构特点，提出是规模吨位越来越大，对设计开发大型往复式压缩机提出了更高了同时考虑主轴颈和曲柄销扭转、曲柄臂弯曲的曲轴扭振分析模要求。曲轴作为其关键部件，在运行过程中承受着周期性的交变型，据此展开研究。曲柄臂弯曲示意图，如图1所示。载荷，曲轴扭转振动是引起压缩机共振的重要因素，直接影响压缩机组的使用寿命和运行安全。2曲轴扭振的模型及其求解往复式压缩机曲轴振动分析通常有2种方法：有限

7、元分析曲轴由主轴颈，曲柄臂和曲柄销组成。将主轴颈和曲柄销视法和经典力学求解方法。有限元分析方法【咐算精度高，但建模为等截面轴，曲柄臂为纯弯曲梁，推导振动方程。复杂，需要昂贵的商业软件支持，企业工程应用有一定困难。经典2．1曲柄臂弯曲振动方程力学方法一般采用集中参数模型或分布参数模型【8_11，集总参数如图2所示，A、曰分别为曲轴主轴颈和曲柄梢圆心所在位模型是将曲轴简化为集中刚度的轴和集中惯量的盘，物理概念清置，当曲轴扭转振动时，曲柄臂发生以相对与曲轴中心的弯曲变晰、使用简单，同时由于过于简化，计算精度较低，其计算结果与形(虚线)，假定曲柄

8、臂只发生弯曲变形，则可将其简化为以A、简化的轴盘数量密切相关。分布参数模型通常将曲轴简化为阶梯为端点的纯弯曲截面梁，由动力学可得：来稿日期：2015—08—21作者简介：郑建荣，(1955一)