基于ANSYS的大电机转子振动特性分析

第3 6卷第 3期20 0 9年 9月

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Vo. 6, . I3 No 3S p,0 9 e . 2 0

J u n l f i n j n d a l n ier g o ra o l gi gHy rui E gn ei He o a c n

文章编号：0 09 3 (0 9—0 10 10—8 3 20 30 8—4 j 0

基于 ANS YS的大电机转子振动特性分析宋佳文，俊良赖(哈尔滨电机厂交直流电机有限责任公司，哈尔滨 10 4 ) 5 0 0

摘

要：为大电机系统中的关键部件，作转子的振动特性直接关系到电机工作性能的优劣。为获得转子的振动特性，转子动力从学基本理论出发，应用有限元分析软件 ANS YS研究了转子系统的固有频率和振型，转子结构进行了模态分析，对计算出了转子前 2 O阶模态的固有频率，并得到了转子的l临界转速，出了影响转子动力学特性的主要因素，找为设计转子的理想工作转速和提高转子的振动特性提供依据。

关键词：转子系统；振动特性；有限元分析中图分类号： M3 33 T 0.文献标识码： A

Vir t n Ch r ce itc fRo o y tm fLa g t rBa e n ANS b a i a a trsiso t rS se o r e Mo o s d o o YSS ONG i- n,L u -in Jawe AIJ n la g( abi eti a hn r cor H r nElcrcM c ie yFa t yAC-X;M o o . Lt .,Ha bn 1 0 4 Chn ) I t rCo d r i 5 0 0, ia

Ab ta t Th o o y t m sa sr c: e r t r s s e i n i o t n e ie i h r em o o n s v b a i n c a a t rs i d r c l mp r a td v c t el g t ra d i i r to h r c e it ie t n a t c y afc h e f r n eo h t r f e t t e p ro ma c ft emo o .To o t i h i r t n c a a t r tc f h o o,t e f i lm e t b an t e v b a i h r c e i iso e r t r h i t e e n o s t n e

a ay i s fwa eANS sa p id t e h a u a r q e

ce n d h p so h oo a e n n lss o t r YS wa p l o g tt en t r l e u n isa d mo es a e ft er t rb s d o e f t ed n m i t e r .Th is we t au a rq e ce n rtc l p e swe ec lua e ym o a n l h y a c hoy efrtt n yn t r l e u n isa d c i a e d r ac ltd b d l a— f i s a

y i;as ss lo,t emanf co swhc fe tt evb a inc a a trsiso h o o r o n U .Th o— h i a t r iha fc h ir t h rc eit ft er t rwe ef u dO t o c ec ncu in a i eb ssf rt ed sg f h o o’ e ia l r i g s e d n n a c h o o’ i r— l so s c n g v a i o h e i n o er t r Sd sr b ewo k n p e sa d e h n et er t r Sv b a t t n c a a t rs i s i h rc eit . o c Ke r s r t rs s e;v b a i n c a a t rs i s i ie ee e ta a y i y wo d: o o y t m i r t h r c e i t;f t lm n n l ss o c n

0引言

分析，再根据分析结果修改原来的结构。这种设计方法以经验为主，品设计周期长，要大量实验验产需证，法满足现代产品的设计要求。而结构动态设无计方法是利用计算机仿真软件，在设计阶段就开始

旋转机械在电厂、化工、机械制造等各个领域都有着广泛应用，别是电机转子是大电机系统的关特键部件，工作稳定性直接影响到整个机组的安全其

考虑结构的动力学环境。利用有限元仿真软件 ANS YS进行模态分析可以了解结构的模态频率及振型，预测结构与外界激励相互影响的可能性，而从通过结构的合理设计避开共振的发生。

运行[。转子动力学设计是旋转机械设计中的重要 1]环节，动态特性直接关系到电机系统性能的优劣。其振动会造成电机结构的共振或疲劳从而破坏结构， 而且会

影响气隙磁密，致电机性能变差。这种振导

本文为研究哈尔滨电机厂某型号大电机系统中电机转子的振动问题，转子动力学基本理论出发，从 利用有限单元法，究该转子系统的临界转速，出研找了影响转子动力学特性的主要因素，为设计转子系

动在临界转速上显得异常强烈，为确保机器在工作转速范围内不致发生共振，临界转速应适当偏离工

作转速[。因此， 2]了解转子结构的固有频率和临界转速，有助于避免在使用中因共振因素造成不必将要的损失。

统的工作转速和提高转子的振动特性提供依据。1理论分析

目前，子的结构设计大都采用传统的设计方转法来试制样品，然后进行动态特性分析或者是试验收稿日期：0 9O—3修订日期：0 90—3 2 0一41; 2 0—42

根据振动理论和有限元理论，于具有微小位对

移的自由度线性弹性系统，振动系统的运动微分其方程为。M i Ka+ Ku= i+==F()￡ () 1作者简介：宋佳文 (9 0)女， 1 8一，黑龙江海伦人，助理工程师。

式中 U为广义坐标矩阵；、 K分别为质量矩阵、 M C、

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阻尼矩阵和刚度矩阵，中 M、均为对称矩阵， 其 K M为正定矩阵，为正定或半正定矩阵；￡为外力。 K F() 对于一般多自由度的结构系统而言，任何运动皆可以由其自由振动的模态来合成。模态分析的]实质就是求解具有有限个自由度的无阻尼及无外载荷状态下的运动方程的模态矢量，系统的无阻尼自

2 1模态分析 .

AN YS模态分析用于确定结构或机械部件的 S振动特性，即结构的固有频率和振型 l。为了满足 5]电机可靠性的要求，免转子在受到某种激励之后避

产生的共振给转子带来的严重损坏，应使转子的工作远离其临界转速。 按照实际尺寸，用 P o E软件建立转子的三运 r/

由振动方程的矩阵表达式为+ K“= 0= = () 2

维立体模型，过 P oE与 ANS rbnh的通 r/ YSWok ec专用接口，将模型导人 ANS r b n h中。 YSWok e c 转子材料为锻钢 ( 2

r Mo。材料特性的主 4 C Ni )

引入参数一K/,方程 ( )写成标准形 M将 2改式/+“一 0/ () 3

要参数包括：弹性模量、密度和泊松比。采用智能自适应网格划分方法，分网格后的模型见图 2划。工

对线性结构系统，弹性体的自由振动总可以分解为一系列简谐振动的叠加 l, 4因此，]方程 ( ) 3具有下列简谐运动形式的解“一 As (￣+。 i ct nv ) () 4

作时，子由两个轴承支撑，加约束后的模型见转施图 3。

式中 A为第 i阶模态的振型向量 (特征向量 )C为； O第阶模态的固有频率 ( ;∞ )为初相位。 将式 ( ) 4代人式 ( )到 3得(—wM )一 0 K￣ A 就成为经典的特征值问题。 () 5

这样，型的无阻尼模态分析求解的基本方程典式 () 5有非零解的条件是其系数行列式等于零，即d t K~ C M )一 o e( U () 6

方程 ( ) 6称为特征方程或频率方程，其展开，将 得到一个关于的”次代数方程，的根称为特征它值。特征值开平方得到就是系统的固有频率。 在质量矩阵为正定矩阵，刚度矩阵为正定矩阵或半正定矩阵的情况下，个特征值均为非负实数。在 大多数情况下，这个特征值互不相等，将其按大小排列起来∞≤∞≤…≤, 它们分别为一阶固有频率、阶固有频率、、二…”阶固有频率。将 (: 1 i,图 2划分网格后的模型Fi . M o e f e s i g g2 d la t rme h n

2…,代回式 ( )就得到 A的非零解，之为， ) 5,记A“,’ A“为第 i阶模态的特征向量，为第 i同有称阶振型。 2仿真分析

转子的实体模型经简化后如图 1所示。

图 3施加约束后的模型Fi. M o e fe a i g g3 d l t rl d n a o

计算得到转子的前 2 O阶固有频率见图 4。各图 1转子的实体模型Fi. …… 此处隐藏：4050字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……