转子式压缩机的转子有限元建模及模态分析

转子式压缩机的转子有限元建模及模态分析

冯霏，闻邦椿

（东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳１１０００４）

ＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＭｏｄａｌＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＲｏｔｏｒｏｆｔｈｅＲｏｌｌｉｎｇＰｉｓｔｏｎＴｙｐｅＲｏｔａｒｙＣｏｍｐｒｅｓｓｏｒ

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摘要：运用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ软件建立了转子式压缩机的转子的实体模型。运用ＡＮＳＹＳ对转子式压缩机的转子进行了模态分析，计算出了其前１０阶固有频率和主振型，结果反映了转子式压缩机的转子在实际工作状况下的动力学特性争振动情况。

关键词：转子式压缩机；有限元建模；模态分析中图分类号：ＴＨ４５５文献标识码：Ａ

文章编号：ｉ００１—２２５７（２００９）０９—００１０一０２

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｓｏｌｉｄｍｏｄｅｌｏｆｅｌｅ—

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏｌｌｉｎｇｐｉｓｔｏｎｔｙｐｅｒｏｔａｒｙｃｏｍｐｒｅｓ—ｓｏｒ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓ

０

引言

转子式压缩机的振动与噪声激励源众多［１－３］，

其转子承受着各种周期性变化的载荷，以及由扭转振动引起的交变的弯曲应力和扭转应力，可能引起转子疲劳失效，从而引起其它零件的破坏ｃｔ］。对转子组件进行有限元模态分析，以确定其固有频率和振型，从而避免压缩机工作时发生共振和出现有害振型，是压缩机结构设计中重要过程。

１模态分析Ｄｑ３

模态是结构的固有振动特性，每一个模态具有

收稿日期。２００９—０３—０５

基金项目，国家自然科学基金资助项目（５０５３５０１０）

ｌｏ

万方数据

特定的固有频率、阻尼比和模态振型。由弹性力学有限元法，多自由度系统的动力学微分方程可以表示为：

ＭＲ＋Ｃ宕＋ＫＸ—Ｆ

（１）

Ｍ为质量矩阵；Ｃ为阻尼矩阵；Ｋ为刚度矩阵；Ｆ为输入力向量；Ｘ为响应向量。由于阻尼的主要作用是减小频响函数在共振点的幅值，而对共振频率的影响较小，故可以忽略阻尼。另外，考虑到系统自由振动时系统的外加激励为０，即Ｆ＝０，因此上述方程变为：

Ｍ叉＋ＫＸ＝０

（２）

系统作简谐振动时，设式（２）中的所有质量在各个坐标上作简谐振动的形式为：

Ｘｉ—Ｘ＾ｌｉｓｉｎ（∞ｊｔ＋岛）

ｉ—ｌ，２，…，托（３）

∞；和口；分别为第ｉ个振型的固有频率和相角；Ｘ。和ｘ肼分别为第ｉ个振型的位移列矩阵和振幅矢量；以为系统的自由度。

将式（３）代人到式（２）得：（Ｋ－－ａＪ；Ｍ）ｘ雎＝Ｏ

（４）

对于自由振动系统，振幅不全为０，因此有ｆＫ—ｃ￡，；Ｍｌ—Ｏ

（５）

振动系统一般存在露个固有频率和振型，这种在自由振动时结构所具有的基本振动特性称为结构的模态。

２压缩机转子的有限元模型

转子式压缩机的转子主要包括曲轴、滚套、上平衡块、下平衡块和电机转子等。利用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ建模软件平台，对转子式压缩机的转子进行三维实体建模，转子的回转轴线与Ｚ轴重合。

将建立好的转子三维模型导入到ＡＮＳＹＳ软件

中，其各部分的物理参数设置如表１所示。

‘机械与电子｝２００９（９）

表１转子各部分物理参数

对其划分网格，共得到约７．５×１０５个单元，在转子与轴承接触处施加约束。

３计算结果分析

对于系统的模态来说，模态的阶数越低，其对系统的影响越大。压缩机转子的１＇－＇１０阶固有频率与振型如表２所示，其前６阶振型云图如图ｌ所示。

表２前１０阶固有频率和振型

（ｅ）５阶振型云图

（ｆ）６阶振型云图

图ｌ压缩机的转子振型云图

《机械与电子｝２００９（９）

万方数据

由表２和图ｌ可以看出，第２阶、第３阶、第６阶、第７阶模态时转子的主要振动为电机转子部分做横向振动。第４阶模态的主要振动为滚套部分做扭转振动。第５阶模态的主要振动为电机转子部分做纵向振动。第８阶、第９阶、第ｌＯ阶模态的主要振动为滚套部分做横向振动。

其中，在第２阶、第３阶、第６阶、第７阶模态时，由于振动时电机转子部分的位移较大，容易使得电机转子与电机定子碰撞。在第８阶、第９阶、第ｌｏ阶模态时，由于振动时滚套部分的位移较大，容

易使得滚套与气缸碰撞，从而引起机械噪声甚至零件的破坏。因此在压缩机机转子的设计中要充分考虑其固有频率和振型，使工作频率远离固有频率，避免发生共振。４

结束语

对压缩机的转子进行模态分析，通过后处理程

序直观地显示出固有频率与振型云图。从振动幅度可以看出，不同振型下压缩机转子的电机转子与滚套的位移变化显著，这与它的几何结构与轴承位置有关，所以在进行工程设计时要充分考虑振动对其影响。研究结果可为压缩机系统的动态响应计算和结构设计提供理论依据。

参考文献：

［１］邓定国，束鹏程．回转式压缩机ＦＭ］．北京：机械工业出

版社，１９８１．

［２］缪道平。吴业正．制冷压缩机［Ｍ］．北京：机械工业出版

社．２００３．

［３］李祥松．孙建章．滚动转子式压缩机主轴承变形泄漏分

析［Ｊ］．沈阳理工大学学报．２００６，２５（５）：７４—７６．［４］赵斌．压缩机曲轴的有限元分析［Ｊ］．压缩机技术．

２００８．（３）：１—４．

［５］闻邦椿。刘树英。张纯字．机械振动学Ｉ－Ｍ］．北京：冶金

工业出版社，２０００．

［６］管笛华．模态分析技术［Ｍ］．北京：清华大学出版社．

１９９５．

［７］赵汝嘉．机械结构有限元分析［Ｍ］．西安：西安交通大

学出版社，１９９０．

作者简介。冯靠（１９８２一），男，辽宁沈阳人，博士研究生，

研究方向为机械设计及理论；阙邦椿

（１９３０一），男，浙江杭州人，教

授，博士研究生导颤，研究方向为振动机械理论与应用、动态设计理论与方法等．

１ｌ

转子式压缩机的转子有限元建模及模态分析

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：

冯霏， 闻邦椿， FENG Fei， WEN Bang-chun

东北大学机械工程与自动化学院,辽宁,沈阳,110004机械与电子

MACHINERY & ELECTRONICS2009，(9)0次

参考文献(7条)

1.邓定国.束鹏程 回转式压缩机 19812.缪道平.吴业正 制冷压缩机 2003

3.李祥松.孙建章 滚动转子式压缩机主轴承变形泄漏分析 2006(5)4.赵斌 压缩机曲轴的有限元分析 2008(3)5.闻邦椿.刘树英.张纯宇 机械振动学 20006.管笛华 模态分析技术 19957.赵汝嘉 机械结构有限元分析 1990

相似文献(0条)

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