飞轮轴系中飞轮参数设计合理性判断的探讨(图文)

1、飞轮轴系中飞轮参数设计合理性判断的探讨(图文)论文导读：通过以上分析，根据式或式进行选择飞轮直径，可以防止共振现象的发生，要注意的是式或式只是决定了平安前，后区飞轮直径的上下限值和可选择值的区域，并不能决定飞轮的准确直径，但是它可以作为一种检验飞轮直径设计是否合理的判断依据。关键词：飞轮轴系，共振动力特性，判断依据飞轮被广泛应用于各种机械系统中，起调节速度和平衡载荷的作用。在实际工作中，根据功率、飞轮直径、飞轮材质等参数设计出的飞轮轴系，在装机后常出现整机震动剧烈。震动剧烈不仅对机器设备有危害，而且影响人体健康。整机震动剧烈影响机器设备的工作性能和寿命,产生不利于工作的噪声和有损于机械或结构物

2、的动载荷,严重时会使零部件失效甚至破坏而造成事故。整机震动剧烈影响对人体产生噪音危害与振动病。噪音对人类的危害是多方面的，不仅首当其冲听觉器官，而且还引起大脑皮质、交感神经系统、心脏、内分泌及消化系统等组织器官的功能紊乱。振动病主要是由于局部肢体主要是手长期接触强烈振动而引起的。科技论文。长期受低频、大振幅的振动时，由于振动加速度的作用，可使植物神经功能紊乱，引起皮肤分析器与外周血管循环机能改变。科技论文。科技论文。因此，在设备设计安装过程中,常常为控制振动和噪声而伤脑筋。在设备设计安装时，将振动和噪声控制在允许的范围，是设计机器设备主要工作之一。对于减少由飞轮轴系共振引起的机器设备振动，相关

3、笔者探究其原因，最大可能是飞轮轴系产生横向振动，工作频率与系统的根本频率产生共振，于是产生一个想法：通过分析飞轮轴系的动力特性，找出影响其共振的主要因素，从而建立另一种飞轮参数合理设计的判断依据。1飞轮的工作频率 共振是因为工作频率与根本频率处于相近的区段而产生的现象，因此，先求出飞轮工作频率的计算公式。飞轮直径：工作转速:式中: -飞轮允许的最大圆周速度-飞轮的工作频率从式(1)可以看出,飞轮的工作频率 与飞轮的直径 及最大圆周速度 有关;而飞轮的最大圆周速度的大小决定于飞轮的材料及结构形式。2飞轮系统的根本频率端子机主轴系统在工作状态下大局部行程为空载荷，可以认为共振主要发生在空载的时候，

4、主轴系统主要受的外力为皮带的摩擦力矩及压应力，所以：主轴的振动由弯曲振动与扭转振动组成，为方便分析，在此只研究弯曲振动的问题。将主轴系统进行简化,如图1所示,其横向振动的模型如图2所示: 飞轮2安装在飞轮轴3的悬臂端,飞轮的质量 和轴的质量 分别集中在轴上的D点和B点,轴3 简化为一弹性梁.2.1首先列出运动方程根据多自由度振动系统的运动方程有:在此,飞轮轴系为两自由度系统,因此式中:质量矩阵： =系统柔度矩阵柔度影响系数的意义是：在坐标j处施加单位力时，坐标i处引起的位移，加速度矩阵位移矩阵： 运动方程可变为： 系统都作简谐振动 设： 代入式有：即：2.2求解柔度影响系数分析横向振动模型，可

5、以将其看成图3所示的简支梁与悬臂梁的合成简支梁：梁上除集中力作用外，在截面C上还有剪切力Q与弯矩M的作用，且Q=，M=,剪切力Q直接传递于支座C而不引起变形；所以，在弯矩M的作用下截面C的转角由转角引起的D挠度单位力作用时在的作用下，截面C的转角为,引起的挠度 单位力作用时 在作用下B点的挠度悬臂梁：在作用下D点的挠度，因此，根据柔度影响系数的定义有：根据麦克斯韦互等定理有代入方程：令 那么方程变为：解上述矩阵，可用迭代法求解根本频率；首先对上式右边的列阵假定一组位移，经计算求出列阵的具体数值，然后使列阵标准化，即使其中一个位移为1，并将列阵的其他各项除以该位移值，以后再以标准化的位移列阵重复

6、迭代，直至位移项收敛于某一定值。一般飞轮是在低于或接近于最低根本频率下工作，而根本频率的求得只需23次的迭代便可得到足够的精度。例：飞轮轴系如图1所示，设轴系的弯曲刚度EI=，齿轮重，飞轮重，l=40cm,a=20cm,求解系统根本频率解：代入式有： 令右边列阵有再以代入式，并使右边列阵标准化得：再以代入式，进行第三次迭代得：通过以上三次迭代，位移项收敛于 ，将其代入左边列阵，求得 对应于根本频率的飞轮转速称为第一临界转速，即临界转速3飞轮共振的判断设 K=其中： -飞轮的工作频率-飞轮轴系根本频率-飞轮工作转速-飞轮临界转速一般工程上认为K=0.71.3时，飞轮的工作转速处在对应于危险频带区

7、的危险转速区或强振区；而当K0.7时，工作转速处于平安转速前区，K1.3时，工作转速处于平安转速后区。在一个工作周期中，飞轮的工作转速由工作行程终点的最小值升至空行程末点的最大值，而有可能进入危险转速区，图4为这一现象的示意图：图中，分别为平安前区飞轮的最低和最高工作转速；，分别为平安后区飞轮的最低和最高工作转速。由图4可以看出，防止飞轮共振的合理条件是使飞轮的最高工作转速位于危险区之外：平安前区或平安后区之中，即：平安前区：平安后区：将临界转速公式代入上式有：由式可知：第一式决定了平安前区飞轮最高工作转速的上限值，第二式决定了平安后区飞轮最高工作转速的下限值，所以，对于平安前区和平安后区的任一飞轮工作转速以下公式总成立：平安前区：平安后区：对于任一圆周速度和工作转速，飞轮的直径为,将式代入上式有：平安前区：平安后区：式中：-对应平安前区和平安后区的飞轮直径式为防止共振而选择飞轮直径的临界转速条件。将应力条件与临界转速条件进行组合，便可以得到选择飞轮直径的合理判据：平安前区：平安后区：通过以上分析，根据式或式进行选择飞轮直径，可以防止共振现象的发生，要注意