双圆盘含裂纹转子系统振动特性探究

doi:10.3969/j.issn.1672-6952.2022.05.011

辽宁石油化工大学学报 ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (5): 71-79.DOI: 10.3969/j.issn.1672-6952.2022.05.011

双圆盘含裂纹转子系统振动特性探究

高天宇¹(), 高鹏¹(), 王立军²

^1.辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺 113001
^2.抚顺新钢铁有限责任公司，辽宁抚顺 113001

收稿日期:2021-03-08 修回日期:2021-05-19 出版日期:2022-10-25 发布日期:2022-11-18
通讯作者: 高鹏
作者简介:高天宇（1997⁃），男，硕士研究生，从事转子系统可靠性研究；E⁃mail：gtyloveslife@163.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(5207050852);辽宁省教育厅科学研究经费项目(L2019019)

Research on the Vibration Characteristics of a Cracked Rotor System with Double Disks

Tianyu Gao¹(), Peng Gao¹(), Lijun Wang²

^1.School of Mechanical Engineering，Liaoning Petrochemical University，Fushun Liaoning 113001，China
^2.Fushun New Steel Company of Limited Liability，Fushun Liaoning 113001，China

Received:2021-03-08 Revised:2021-05-19 Published:2022-10-25 Online:2022-11-18
Contact: Peng Gao

摘要/Abstract

摘要：

初始缺陷、工作环境会导致转轴出现不同程度的裂纹。为分析裂纹对转子系统的影响，通过Jeffcott转子动力学模型和断裂力学理论建立了裂纹转子系统的有限元模型。对不同裂纹深度、裂纹角度和不同转速进行了仿真分析，并采用机械综合故障台对部分裂纹转子进行了实验研究。结果表明，裂纹的出现使系统振动响应中出现2X等高阶倍频分量，轴心轨迹出现凹陷甚至套圈现象，振动幅值也随之变大；随着裂纹的加深，系统的不稳定性逐渐增强；裂纹倾斜角度的改变也影响系统的振动特性，45°裂纹对系统的影响最大，当转速开始加快时，系统受裂纹的影响慢慢减小，时域波形趋于平稳，轴心轨迹逐渐变回椭圆形。对实验结果与仿真数据进行对比，验证了仿真及建模的结论。

关键词: 裂纹转子系统, 裂纹参数, 转速, 高阶倍频分量, 振动幅值

Abstract:

Initial defects and working environment will cause different degrees of cracks on the shaft. In order to analyze the effect of cracks on the rotor system, the finite element models of the cracked rotor were established through Jeffcott rotor dynamics model and fracture mechanics theory. The simulation analysis of different crack depths, crack angles and different speeds was carried out, and then a mechanical comprehensive failure table was used to carry out experimental research on part of the cracked rotors. The results show that: the appearance of cracks causes high?order frequency doubling components such as 2X in the vibration response of the system, and the phenomenon of depressions or even ferrules appeared in the axis track, and the vibration amplitude increases accordingly. As the crack deepens, the instability of the system gradually increases. The change of the crack inclination angle also affects the vibration characteristics of the system, and the 45?degree crack has the greatest impact on the system. When the speed starts to increase, the influence of the cracks on the system gradually decreases, the time?domain waveform tends to be stable, and the axis trajectory gradually changes back to an ellipse. Finally, the experimental results were compared with the simulation data to verify the conclusions of simulation and modeling.

Key words: Cracked rotor system, Crack parameters, Rotating speed, High?order doubling components, Vibration amplitude

中图分类号:

TH133

高天宇, 高鹏, 王立军. 双圆盘含裂纹转子系统振动特性探究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(5): 71-79.

Tianyu Gao, Peng Gao, Lijun Wang. Research on the Vibration Characteristics of a Cracked Rotor System with Double Disks[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2022, 42(5): 71-79.

图/表 12

图1 转子裂纹单元模型示意图

图2 转子系统模型示意图（单位：mm）

图3 不同深度裂纹转子系统时域图及频域图（仿真结果）

图4 不同深度裂纹转子系统轴心轨迹（仿真结果）

图5 裂纹角度不同的转子系统时域图及频域图（仿真结果）

图6 裂纹不同角度的转子系统的轴心轨迹（仿真结果）

图7 不同转速下裂纹转子系统的时域图及频域图（仿真结果）

图8 不同转速下裂纹转子系统的轴心轨迹（仿真结果）

图9 实验装置示意图

图10 裂纹角度不同的转子系统时域图及频域图（实验结果）

图11 裂纹角度不同的转子系统轴心轨迹（实验结果）

图12 不同转速下裂纹转子系统实验结果

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双圆盘含裂纹转子系统振动特性探究

Research on the Vibration Characteristics of a Cracked Rotor System with Double Disks

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