مدل سازی سیستم کامل روتور-یاتاقان-نشیمنگاه

نویسندگان

دانشگاه یزد

چکیده

به دلیل عدم دسترسی به قسمت‌های دوّار روتور تنها راه تشخیص عیب، اندازه‌گیری ارتعاشات روی قسمت‌های ثابت از جمله سطوح نشیمنگاه یاتاقان‌هاست. مرسوم است که در عمل با اندازه‌گیری ارتعاشات سطح نشیمنگاه یاتاقان در سه جهت و تحلیل آن، نوع اشکال به‌وجود آمده را پیش‌بینی و رفع می‌کنند. در نظرگیری اثرات نشیمنگاه بر پاسخ اندازه‌گیری شده از روتور، می‌تواند به پیش‌بینی صحیح رفتار روتور با استفاده از روش‌های تحلیلی کمک شایانی نماید. در این مقاله هدف مدل‌سازی یک سیستم کامل روتور-یاتاقان-نشیمنگاه و بررسی اثرات درنظرگیری نشیمنگاه یاتاقان است. بدین منظور در ابتدا زیرسیستم روتور-یاتاقان با استفاده از تئوری تیر پیوسته‌ی رایلی و روش تقریبی مودهای فرضی مدل‌سازی می‌گردد. همچنین یک مدل المان محدود کامل و یک مدل جرم و فنر ساده‌ی معادل از نشیمنگاه تهیه می‌گردد. سپس نیروهای وارده از طرف زیرسیستم روتور-یاتاقان بر نشیمنگاه با استفاده از روش نیومارک محاسبه و با اعمال آن‌ها بر مدل نشیمنگاه، پاسخ‌های زمانی، منحنی‌های تغییر شکل و طیف فرکانسی ترسیم می‌گردد. تحقیق حاضر توانسته است علاوه بر مدل‌سازی صحیح یک سیستم کامل روتور-یاتاقان-نشیمنگاه، به ناکافی بودن مدل جرم و فنر ساده به دلیل خطای بسیار و عدم توانایی در مدل‌سازی صحیح رفتار ارتعاشی نشیمنگاه اذعان نماید. بررسی‌ها نشان داده است که با وجود عدم نیروی محوری در زیرسیستم روتور-یاتاقان، نشیمنگاه دارای ارتعاشات محوری نیز خواهد بود و با وجود برابری تمامی شرایط در سیستم روتور-یاتاقان، انتظار پاسخی برابر در تمامی راستاهای نشیمنگاه را نباید داشت. همچنین با درنظرگیری اثرات نشیمنگاه، دامنه‌ی نمودارهای طیف فرکانسی، مخصوصاً در فرکانس‌های بالا کاهش خواهد یافت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

complete modelling of a rotor-bearing-housing system

نویسندگان [English]

  • Mansour Rafeeyan
  • Rouhallah Nourouzi
چکیده [English]

Due to the inaccessibility to rotating parts of the rotor the only way to flaw detection is measuring vibrations on the fixed portions such as surfaces of housing the bearings. It is common that in industry with measure vibrations of surfaces the housings at three direction and analyze it, predict and solve the created bug type. Take the effects of the housing can be help to accurately predict the rotor behavior at the measured response of the rotor using the analytical methods. Aims of this paper are modeling a full system of rotor-bearing-housing and considering the housing effects. For this, firstly subsystem of rotor-bearings is modeling using the Riley’s continuous beam theory and assumed modes method. Also a complete finite element model and a simple spring-mass model of the housing is made. Then, the forces exerted from the subsystem of rotor-bearing is calculated using the Newmark method and by applying on model of the housing, the responses time, curves of the deformation and frequency spectrums are drawn. The present study has been able to modeling properly the complete rotor-bearings-housing system. Furthermore the inadequate of the simple spring-mass model due to large errors and inability to accurately modeling the vibrating behavior of housing has acknowledged. Studies have shown that despite the lack of the axial force in the rotor-bearing subsystem, the housing will vibrate in axial direction. In addition with despite the equality of all conditions in the rotor-bearings, will not be expected an equal response in all direction of the housing. Also by considering the housing effects, domain the graphs of frequency spectrum will be reduced, particularly at high frequencies.

کلیدواژه‌ها [English]

  • rotor
  • Bearing
  • housing
  • modeling
 

 
[1]
Kang,
Y.
,
et.al,
(2000)
.
An
investigation in stiffness effects on dynamics of rotor
-
bearing
-
foundation
systems
,
Journal of sound and vibration
,
Vol.
231(2)
,
pp.
343
-
374
.
[2]
Edwards,
S.,
Lees,
A. W.,
Friswell,
M. I., (2000).
Exprimental identification of excitation and support
para
meters of a flexible rotor
-
bearin
-
foundantion system from a single run
-
down
,
Journal of sound
and vibration,
Vol. 232(5)
,
pp.
963
-
992.
[3]
B
ondell,
P.,
Brennan,
M. J.,
(2001).
Modeling the dynamics behaviour of a supercritical rotor on a flexible
foundat
ion using the mechanical impedance technique
, Journal of sound and vibration,
Vol. 239(3)
,
pp.
445
-
466.
[4]
Choi,
B. L.,
Park,
J. M.
,
(2001)
.
An improved rotor model with equivalent dynamic effects of the support
structure
,
Journal of sound and
vibration,
Vol.
244(4),
pp.
569
-
581.
[5]
Kiral,
Z.,
Karagulle,
H.,
(2006).
Vibration analysis of rolling element bearings with various defects under
the action of unbalanced force
, Mechanical systems and Signal Processing,
Vol.
20
,
pp.
1967
1991.
[6]
Che
n,
Y.,
et.al
,
(2010)
.
Accurate identification for the frequency response functions for the rotor
-
bearing
-
foundation system using the modified pseudo mode shape method
,
Journal of sound and vibration
,
Vol.
329,
pp.
644
-
658.
[
7
]
Ma
,
H.,
et.al,
(2013)
.
Effects of eccentric phase difference between two discs on oil
-
film instability in a
rotor
-
bearing system
, Mechanical Systems and Signal Processing, In
Press,.
[
8
]
Shad
,
M.
R.
,
(
2011
).
Modelling and analysis of nonlinear dynamic behaviour of rotors
,
PhD
thesis,
U
niversity of Toulouse.
[
9
]
Atepor,
L.,
(
2008
).
Vibration analysis and intelligent control of flexible rotor systems using smart
materials
,
PhD
thesis, U
niversity of Glasgow.
[
10
]
Choi,
B. L.,
Park,
J. M.,
(1986).
Finite element analysis of rot
or bearing systems using a modal
transformation matrix
,
Journal of sound and vibration,
Vol.
111(3),
pp.
441
-
456.
[11]
Rao
,
S.
(
2007
),
Vibration of Continuous Systems
,
John Wiley & Sons
.
[12
]
Budynas
,
N
. (
2006
),
Shigley's Mechanical Engineering Design
,
McGraw
-
Hil
l Primis.
[
1
3
]
تامت ، و. ر
.
،
مس لم سس
ی
،
( .ب
1384
،)
تو ر
ی
ارتعاشار با هارب دها
ی
آ
، انس ارار شه آب،
چاپ اح
ی
ا
ژواح اند
ی
ه
.
[1
4
]
Beer,
F
.
P
.,
Johnston,
E. R
.,
Dewolf
,
J
.
T.
(
2006
)
,
Mechanics of Materials
, McGraw
-
H
ill, Fourth Edition
in SI
Units
.
[
1
5
]
ووح، و.، مس لم رفیعیا ، د.؛ عزیزیا ، . (
1390
)
،
ارتعاشار ماشین
های صنعسی
، انس
ارار دان گاه یزد
.
[1
6
]
Newland,
D. E.
(
1975
),
An Introduction to Random Vibrations, Spectral & Wavelet Analysis
,
Dover
Publications, Inc, Third Edition