一种考虑箱体柔性的转子动力学建模方法技术

一种考虑箱体柔性的转子动力学建模方法，它属于转子动力学计算分析技术领域。本发明专利技术解决了传统方法得到的转子动力学计算结果的准确性差的问题。本发明专利技术方法的具体实施过程为：步骤一、建立考虑轮齿啮合刚度、轴承刚度以及陀螺效应的齿轮

【技术实现步骤摘要】
一种考虑箱体柔性的转子动力学建模方法


[0001]本专利技术涉及一种转子动力学建模方法，尤其涉及一种考虑箱体柔性的转子动力学建模方法。

技术介绍

[0002]在传统的转子动力学计算分析方法中，齿轮箱体均被简化成刚性体，齿轮箱体被简化成刚性体后，箱体的刚度相当于无穷大，显然这种处理方法与实际情况存在着一定的差距，因此采用传统的转子动力学计算分析方法得到的计算结果的准确性较差。那么，为了得到更准确的转子动力学计算结果，就必须要考虑箱体刚实际度的影响，便于进行动力学仿真计算对比分析。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为解决传统方法得到的转子动力学计算结果的准确性差的问题，而提出了一种考虑箱体柔性的转子动力学建模方法。
[0004]本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种考虑箱体柔性的转子动力学建模方法，该方法包括以下步骤：
[0005]步骤一、建立考虑轮齿啮合刚度、轴承刚度以及陀螺效应的齿轮-转子系统模型；
[0006]步骤二、提取齿轮箱体刚度矩阵和凝聚节点位置信息；
[0007]步骤三、根据步骤二提取的齿轮箱体刚度矩阵和凝聚节点位置信息，将步骤一建立的齿轮-转子系统模型与齿轮箱体进行耦合，得到系统耦合动力学微分方程；
[0008]步骤四、求解系统耦合动力学微分方程，得到考虑箱体柔性的转子动力学特性。
[0009]本专利技术的有益效果是：本专利技术的一种考虑箱体柔性的转子动力学建模方法，本专利技术通过建立考虑轮齿啮合刚度、轴承刚度以及陀螺效应的齿轮-转子系统模型，来考虑箱体的柔性，克服了传统的转子动力学计算分析方法中需要将齿轮箱体简化成刚性体，而导致的转子动力学计算结果的准确性差的问题，提高了转子动力学计算结果的准确性。
附图说明
[0010]图1是齿轮转子耦合系统运动简图；
[0011]图2是齿轮转子耦合系统动力学模型的示意图。
具体实施方式
[0012]具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式。本实施方式所述的一种考虑箱体柔性的转子动力学建模方法，该方法包括以下步骤：
[0013]步骤一、建立考虑轮齿啮合刚度、轴承刚度以及陀螺效应的齿轮-转子系统模型；
[0014]步骤二、提取齿轮箱体刚度矩阵和凝聚节点位置信息；
[0015]步骤三、根据步骤二提取的齿轮箱体刚度矩阵和凝聚节点位置信息，将步骤一建
立的齿轮-转子系统模型与齿轮箱体进行耦合，得到系统耦合动力学微分方程；
[0016]步骤四、求解系统耦合动力学微分方程，得到考虑箱体柔性的转子动力学特性。
[0017]图1为齿轮转子耦合系统运动简图，齿轮转子耦合模型系统中包含一副齿轮对，四个轴承，两根轴，齿轮转子耦合系统的几何参数、材料、工况均为已知；首先将齿轮转子耦合系统在耦合部件处分开形成2个单元，这里所述的耦合部件为齿轮；采用集总参数法对每个单元进行离散化处理，如图2所示，离散化后的每个单元都包括两个轴承的等效弹簧和由三个无质量的弹性轴段联接的四个质量单元，第一个单元与第二个单元之间通过耦合部件的等效弹簧联接，等效弹簧的刚度值由计算获得。
[0018]具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一中建立齿轮-转子系统模型所采用的方法为基于Timoshenko梁单元有限元节点法。
[0019]具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：所述步骤二的具体过程为：
[0020]步骤二一、获得箱体几何模型，定义材料参数与属性；
[0021]步骤二二、对箱体的几何模型进行网格划分；
[0022]步骤二三、检查网格划分是否合理，若合理，则直接执行步骤二四，否则，重新对网格进行划分，直至检查网格划分合理，再执行步骤二四；
[0023]步骤二四、确定箱体的边界约束条件；
[0024]步骤二五、设置凝聚节点；
[0025]步骤二六、获得凝聚刚度矩阵和凝聚节点位置信息文件。
[0026]具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二不同的是：所述步骤二中，提取箱体刚度矩阵和节点位置信息采用的是子结构法。
[0027]首先进行凝聚节点设置，凝聚节点设置在四个轴承对应的位置处，采用子结构法提取凝聚刚度矩阵和节点位置信息文件。
[0028]在内部自由度没有凝聚之前，子结构实质上是一个具有相当多内部自由度的超级单元。为了减少系统的总自由度，在子结构与其他子结构或单元联结前，应在子结构内部将自由度凝聚掉。为建立准备凝聚的子结构的系统方程，假定通过适当的结点编号，使子结构的刚度矩阵以及相应的结点位移和荷载列阵可以写成如下分块形式
[0029][0030]其中a
b
及a
i
分别是外部结点和内部结点的位移向量，刚度矩阵以及荷载列阵也分成为与a
b
及a
i
相应的分块矩阵。
[0031]由式(1)的第二式可以得到
[0032][0033]将上式带入(1)式第一式，就得到凝聚后的方程为
[0034][0035]可以简单地写成如下的形式
[0036][0037]其中，
[0038][0039][0040]需要指出的是从式(1)经凝聚得到式(4)并不是按式所示的矩阵运算进行的，而是按高斯－约当消去法进行的。如果子结构方程式的阶数为n，K
ii
的阶数为k，则对于这k个自由度的每一个(设它在方程式中的编号为r)依次作如下步骤的运算：
[0041]第r个方程除以K
rr
，即使其主元为1；
[0042]对第1～r-1个方程进行反响消元，并使K
1r
＝K
2r
＝
…
＝K
r-1,r
＝0；
[0043]对第r+1～n个方程进行正向消元，并使K
r+1,r
＝K
r+2,r
＝
…
＝K
nr
＝0。
[0044]对于式(1)，由于K
ii
排在方程的下方，经上述的k此消元运算以后可以得到如下形式的方程，即
[0045][0046]式中就是式(4)中经凝聚后的子结构的刚度矩阵和荷载列阵，它经过的消去修正就是式(5)、(6)的要求。P
i*
是由子结构交界面自由度转换到内部自由度的相关矩阵，它们原来的相应矩阵经过了消去修正就得到
[0047][0048][0049]即式(2)中表示的关系。在从式(7)第一式解得a
b
以后，代回第2式便可解出a
i
。
[0050]上述计算过程形式上是清楚可行得，但它要求特定的结点编号，即每一个子结构外部结点要集中编号，这将不利于得到最小带宽，使得机器内存和计算量不合理的增加。因此必须加以改进。
[0051]在子结构内按最小半带宽的要求或其他合理的方式进行结点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑箱体柔性的转子动力学建模方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、建立考虑轮齿啮合刚度、轴承刚度以及陀螺效应的齿轮-转子系统模型；步骤二、提取齿轮箱体刚度矩阵和凝聚节点位置信息；步骤三、根据步骤二提取的齿轮箱体刚度矩阵和凝聚节点位置信息，将步骤一建立的齿轮-转子系统模型与齿轮箱体进行耦合，得到系统耦合动力学微分方程；步骤四、求解系统耦合动力学微分方程，得到考虑箱体柔性的转子动力学特性。2.根据权利要求1所述的一种考虑箱体柔性的转子动力学建模方法，其特征在于，所述步骤一中建立齿轮-转子系统模型所采用的方法为基于Timoshenko梁单元有限元节点法。3.根据权利要求2所述的一种考虑箱体柔性的转子动力学建模方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓旭，赵松涛，戴光昊，王梦琪，孙侨，吴樾，王世栋，赵明达，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零三研究所，
类型：发明
国别省市：