请教EXCITE计算时对减振器、弹性联轴节该如何考虑？

tomas

我们想对一款机车柴油机进行动力学计算，以校核曲轴的应力、油膜分布。该柴油机用于驱动发电机。曲轴长约3.8米，其自由端装有曲轴齿轮、减振器。减振器里装有许多弹簧片和硅油，用于减轻柴油机工作时曲轴的振动，使正时齿轮等平稳啮合。柴油机的输出端通过一个弹性联轴节（长约0.33米）连接发电机的转子。发电机的转子部分长约1.45米，重约2.5吨，转子的一侧有轴承支撑（轴承固定在发电机定子上，定子固定在柴油机机体上），另一侧要通过弹性联轴节支撑，同时连接曲轴。请问：
1、计算时怎么考虑发电机转子的质量惯量效应呢？转子的重量是完全地算进曲轴里去，还是部分地算到曲轴里去？
2、EXCITE里对减振器、弹性联轴节、发电机的转子部分该如何合理建模？
3、发电机的转子在发电的时候应该也受到一个电磁阻力矩的作用，在稳定工况下这个阻力矩应该与柴油机的输出扭矩是平衡的，我们想利用柴油机的功率等于扭矩乘以转速这个公式来求得柴油机的扭矩，再把它做为外界的阻力矩施加到曲轴上，这样做可不可以？
4、柴油机额定转速1000转，如果手头没有减振器、弹性联轴节、发电机转子的图纸，只在曲轴上施加它们的质量和惯量的话，精度会不会差太多？
请各位行家指教！

[ 本帖最后由 tomas 于 2006-12-1 16:20 编辑 ]

DrLan

1、计算时怎么考虑发电机转子的质量惯量效应呢？转子的重量是完全地算进曲轴里去，还是部分地算到曲轴里去？
答：可以用实体单元做简化转子和轴的FEM（根据质量等效一下密度），缩减成SMOT，设定Constant speed。
       用Rotx等效联轴节，将曲轴与转子轴耦合（曲轴CON6和转子轴SMOT要在相应位置保留主自由度节点，都保留6个自由度），填入弹性联轴节的扭转刚度和阻尼。
      转子轴用REVO分别支承在相应的定子上，定子可以用ANCH不动点表述

2、EXCITE里对减振器、弹性联轴节、发电机的转子部分该如何合理建模？
答：发电机的转子和弹性联轴节，如上所述
     减振器在其它帖子中说过了，请查看

3、发电机的转子在发电的时候应该也受到一个电磁阻力矩的作用，在稳定工况下这个阻力矩应该与柴油机的输出扭矩是平衡的，我们想利用柴油机的功率等于扭矩乘以转速这个公式来求得柴油机的扭矩，再把它做为外界的阻力矩施加到曲轴上，这样做可不可以？
答：你这里曲轴与转子间好像没有变速箱，如果这样，Load data中将EXCITE产生的曲轴平均输出扭矩负载，加在转子的主自由度节点上即可（当然就不需要再加载在曲轴飞轮上了）。

4、柴油机额定转速1000转，如果手头没有减振器、弹性联轴节、发电机转子的图纸，只在曲轴上施加它们的质量和惯量的话，精度会不会差太多？
答：不能把他们的质量惯量直接加在曲轴上。因为他们是柔性连接的。这不是精度的问题了，完全是错误的仿真。
    没有图纸的话，可以用梁和质量单元来简单表达。其中，
    发动机转子和轴可以用Shaftmodeler来产生一个NOD6类型的模型，每个节点6个主自由度。
    减振器用扭转弹簧和ring的质量单元来表述，EXCITE中用TVDamper定义减振器的扭转阻尼。

tomas

太感谢版主及时指点迷津了！回去好好消化这个思路，再次感谢！

tomas

另外版主，我刚刚查看你以前关于减振器的回答，你举的例子是橡胶减振器，而这个问题里的是弹簧片硅油减振器，是不是两者都按照一个思路求解，即中间的轴要做一个rbe2，设中心点为主自由度点。外环也要做rbe2，也设为主自由度点。每点6个master DOFs。然后缩减。在excite中，用扭转阻尼的joint定义即可。
轴与外环之间的弹簧片硅油部分还用不用划网格了呢？
除了扭转阻尼、扭转刚度外我们还需要搜集减振器别的参数吗？

DrLan

由于是硅油，而且是很小的间隙，一般不做网格了。
最简单的办法是：将hub用质量单元表述（质量和惯量），用刚性RBE2到前端其质心附近的轴上；ring则用一质量单元。用扭簧表述它们之间的动态扭转刚度即可，同时其它方向简化耦合刚度较高的弹簧即可。
前面帖子应该有说明的。

tomas

谢谢DrLan，回帖这么及时啊！！！！！！

tomas

蓝博士，你好！
我把盖斯林格联轴节的主、从动部分分别建了实体模型，按装配位置摆好，主、从动部分之间没有联接，各自独立。我在联轴节上总共设置了4个主节点，如下图所示，请蓝博士看看这么设对不对。

联轴节的主动部分设了2个主节点：
与曲轴输出法兰盘联接处用蜘蛛建一主节点（图中最左端黄线处），节点编号为1001
在联轴节中部位置用蜘蛛建一主节点（中间黄线处），节点编号为1002

联轴节的从动部分设了2个主节点：
与发电机转子轴端法兰盘联接处用RBE2建一主节点（图中最右端紫色位置），节点编号为1003
在联轴节中部位置用蜘蛛建一主节点（中间黄线处），节点编号为1004

中间黄线处是在同一坐标位置设了2个主节点1002、1004，以便建立C-C的REVO轴承。

缩减后，在excite中，用ROTX耦合主节点1001、1003；
用AXBE耦合主节点1001、1003，由于只设了一组止推关系，在AXBE中我想采用那种拉压弹簧；
用C-C的REVO轴承耦合主节点1002、1004。
请教蓝博士和各位专家，我这么缩减对不对？

[ 本帖最后由 tomas 于 2007-5-15 10:22 编辑 ]

DrLan

你是想把它做成主动和从动两个体，分别缩减成CON6，然后在EXCITE中耦合起来，当然可以这样。
你的理解基本正确，止推和扭转耦合没有什么问题了。但是如果只有一个REVO的话，我担心从动体会倾斜，建议在旁边多做一对revo耦合点，根据具体结构的支承来做。

tomas

谢谢蓝博士的建议，我在联轴节上又建了一对REVO耦合点。
因为我把联轴节分成了主动、从动部分两个体，接下来我考虑把曲轴和联轴节主动部分建成一个模型，缩减成CON6，把发电机转子加上联轴节从动部分建成一个模型，缩减成SMOT。请问将来在EXCITE软件里这两个缩减结果是都放在crankshaft的目录下，还是要把转子单独建在一个目录下呢？

DrLan

曲轴主节点图，其中n1,n2是盖斯林格联轴节的主动部分，正如你所设定的。很好。

DrLan

发电机转子加上联轴节从动部分，缩减为CON6。
其中m1,m2与曲轴的n1,n2进行径向轴承REVO耦合。
并选一对节点，如m2和n2进行止推AXIALB耦合。
m2和n2还要定义ROTX的联轴节特性。
同时发动机的输出扭矩平均值加在k2上（曲轴上就不加外载了！）

[ 本帖最后由 DrLan 于 2007-5-17 22:06 编辑 ]

DrLan

定子中心（蜘蛛）p1,p2和转子中心k1,k2进行REVO耦合。其中一对进行止推耦合。
不过我有个问题，定子如果与发动机固定在一个支架上的话，应该与机体做在一个模型中（同样有约束），缩减成SMOT类型。

tomas

谢谢蓝博士的详细解答！
关于发电机定子与机体的装配关系请参见下面的示意图，
整个发电机通过连接箱把在机体输出端端面，连接箱里安装有联轴节，联轴节既传递扭矩，还起着支撑发电机转子的作用（具体起作用的是联轴节里主从动部分之间的一个滚珠轴承，我猜测单靠联轴节簧片怕支撑不起来这么沉的发电机转子）。发电机轴的后部还有一个滚柱轴承，也起支撑转子的作用。

发电机安装在机体上，不是直接安装在地基上的，厂家说机体曲轴输出端的轴承的负荷很大，经常碾瓦。

我考虑根据联轴节里的滚珠轴承的位置和实际宽度来定联轴节中主节点的位置，来做REVO。

关于发电机定子的建模和缩减，原来我理解的是定子不建实体模型，定子在excite中设为anch不动点。定子该怎么处理更合理，还请蓝博士和各位专家指教。

原帖由 DrLan 于 2007-5-17 21:38 发表
定子中心（蜘蛛）p1,p2和转子中心k1,k2进行REVO耦合。其中一对进行止推耦合。
不过我有个问题，定子如果与发动机固定在一个支架上的话，应该与机体做在一个模型中（同样有约束），缩减成SMOT类型。

DrLan

现在清楚了。
下图中
转子（含联轴器），设定图中节点，每个节点6个自由度，缩减为SMOT，并设定强制旋转（move table和initial condition中都要）。
其中m1,m2与联轴器与曲轴的n1,n2进行径向轴承REVO耦合。并选一对节点，如m2和n2进行止推AXIALB耦合。m2和n2还要定义ROTX的联轴节特性。
发动机的输出扭矩平均值加在k1上（曲轴上就不加外载了！）
转子点p1与定子点q1之间有revo和axialbearing定义。当然定子、连接箱都要与机体做在一个有限元模型中进行定义和缩减。


发电机安装在机体上，不是直接安装在地基上的，所以很自然是由于输出轴和连接箱弯曲造成的。另外请确定转子的动平衡应该满足要求，即离心质量在其规定的范围内，不是导致出现问题的主要影响因素。

tomas

谢谢蓝博士对建模思路的详细讲解！我再在机体模型中加上连接箱部分。

lyjack520

蓝博士学问真的还不错呀

tomas

蓝博士，你好！以前向你请教过用EXCITE计算时对盖斯林格弹性联轴节该如何处理，你回答如下：
“如果连接刚度是基本线性的，则把连接的具体结构的网格做出来，定义其当量的弹性模量。
如果连接刚度是非常不线性的，各自做成两个bodies，用ROTX把他们耦合起来定义扭转刚度，两者的弯曲耦合可以用C-C轴承的REVO模块来当量定义。”

以前我考虑到联轴节刚度是分段线性的，总体上看可能体现出来非线性刚度，于是我采用了后一种做法，把联轴节分成两个体（即联轴节主动部分和从动部分，可参见上面帖子中的附图），分别缩减，然后在EXCITE中用ROTX和REVO耦合起来。但最近我担心这么做与实际情况不很符合。因为，联轴节被拆开成两个体后，质量较小的联轴节主动部分划归到曲轴，质量很大的联轴节从动部分划归到发电机转子。这样曲轴缩减后其输出端基本没有重物，输出端不存在很大的质量和惯量。我猜测在实际情况下，质量、惯量很大的发电机转子和联轴节对曲轴的振动形态影响应该是很大的。而联轴节这么分开处理后，发电机转子、联轴节的质量、惯量对曲轴的振动的影响就被忽略了。尽管在EXCITE中，转子和联轴节能通过ROTX和REVO等joint对曲轴施加力矩和力，但这些力和力矩对曲轴的振动形态似乎影响不大。

如果在计算的转速范围内，联轴节的刚度基本上是线性的，那么采用“把连接的具体结构的网格做出来，定义其当量的弹性模量”的做法，把联轴节和转子与曲轴建成一体，可能会是更合理的处理方式。不知我想的对不对，请您指正！

[ 本帖最后由 tomas 于 2007-12-7 14:52 编辑 ]

DrLan

你说得有一定道理，但是模态分析就是关注线性特性，一般可以认为“软”连接两侧“基本”保持各自的固有特性。软连接本身就是较为难处理的，虽然这理的计算与试验有误差，但现有的计算方法基本只能这样了。
试验测量是必要的，特别是强迫振动响应测量。

tomas

谢谢蓝博士！你的意思是不是说有必要通过强迫振动试验，得到实验数据，来对照计算结果，以判定“软连接”处理是不是合理。

[ 本帖最后由 tomas 于 2007-12-8 10:10 编辑 ]

DrLan

是的