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闪蒸干燥机旋转装置动力学分析 康程铭 东北大学，辽宁，沈阳110004 摘要：本文主要研究闪蒸干燥机旋转装置工作时动力学特性。通过Samcef Rotor软件CAE仿真技术分析旋转装置高速转动时系统的临界转速以及发生陀螺效应。外界不平衡激励而产生不平衡响应分析对转子系统产生影响以及当转子系统加速度起动时瞬态响应。 关键词：陀螺效应，临界转速，不平衡响应，瞬态响应。 1引言 闪蒸干燥机是利用热空气接触进行热交换蒸发水分由料器进入干燥充分触热高速旋转（Pa）（Kg/m3）角接触球 （2-1） 计算轴承7215径向支撑刚度为N/m和轴承1215径向支撑刚度为N/m. 3 旋转装置临界转速计算 利用线性单元将转子模型线型离散，将轴简化成梁单元,考虑轴旋转过程中受陀螺力矩影响。将旋片套简化成Lumped Mass单元作为集中质量考虑其质量和转动惯量（如表1.2所示）。 表2 集中质量参数表 上旋片套 下旋片套 考虑陀螺效应矩阵在模态提取时采用伪模态法求解特征值。通过确定绘制Campbell Diagram（如图3所示），从图中可以直观显示了涡动角速度随自转角速度变化的规律从而了解系统的工作转速频率是否避开共振频率。主轴材料参数为弹性模量为2×1011，密度为7800Kg/m3 ，泊松比为0.3。 两端轴承为刚性支承。 从图4 Critical Speed of Rotor system可知，该转子系统一阶临界角速度1698.7rpm，二阶临界角速5403.9rpm。一阶正进动频率随转速增加而升高，二阶正进动频率随转速增加而下降，说明转子系统发生陀螺效应比较明显。 图3转子系统Campbell Diagram 图4 Critical Speed of Rotor system 由于旋转部件在加工生产过程中存在偏心质量，在高速旋转过程中引起不平衡激励，使转子产生陀螺效应，转子一般做同步正进动。只考虑其频率和振型。从图5和图6涡动频率振型图可以看出，当主轴旋片套由于受到不平衡激励作用偏离了原平衡位置后，整个转轴逆时针绕支承连线做频率为的“弓形回转”，该两阶角速度分别为3600deg/s和5400deg/s，且在轴端处有较大位移，位移值为1mm。 图5转子系统1阶正向涡动振型 图6转子系统2阶正向涡动振型图 在Jeffcott转子模型分析中，得到临界转速在数值上近似等同转子做横向振动时的固有频率的结果，即，经计算得出临界转速1512r/min。在实际工程中常利用该结果来检测通过计算或测定转子系统横向振动固有频率来确定的临界转速。但由于转子系统存在陀螺效应，产生的力矩使转轴挠曲角发生变化使实际旋转部件产生偏离原平面的摆动，转子的临界转速在数值上与不计这种偏摆影响时的不同。 主轴工作转速为2900转/分钟，高于一阶临界转速1606.3rpm，属于柔性转子，这种情况下，机器起动或停车过程中，转轴要通过临界转速，为了安全，通常采用快速通过临界转速或增大阻尼的方法，以避免转轴的振幅过大，而且应该严格做好动平衡。按照有关要求，柔性转子工作转速应满足 （3-1） 由于转子系统在临界转速运行时，发生共振使转子系统产生剧烈的振动，对轴承和回转体产生破坏 ，同时给主轴产生也产生较大动挠度，转子系统处于不稳定状态，所以转子系统要避免在临界转速下运行。 4 转子系统结构参数对临界转速的影响 影响转子系统临界转速的外界因素有工作时转轴刚性的变化、负载的变化和工作环境的变化，但主要影响转子的临界转速有转盘质量m和轴的横向刚度（轴承径向支撑刚度）。通过测量轴承刚度实验和理论计算证明转子支承的刚度和阻尼特性对转子的临界转速有较大影响。通常弹性支承转子的临界转速较刚性支承的临界转速下降10%～30%，甚至40%以上。为了研究主轴旋片套转子系统支撑刚度对转子临界转速的影响，将调心滚子轴承支撑刚度值从1.5e7N/m增大到1.8 e7N/m,和将圆锥滚子轴承轴承支撑刚度值从1.92e7N/m增大到2.304 e7N/m。将刚度变化前后转子的临界转速值进行对比，见表3。 表3 转子临界转速对比 弹性支承刚度e7 ( N/m) 一阶临界转速(rpm) 二阶临界转速(rpm) 1.92 1698.7 5403.9 2.304