结合软件自带的某齿轮传动压缩机转子的实际案例，分别进行纯横向、扭转以及轴向振动分析和弯扭轴耦合振动分析

大家好！今天给大家分享利用专业转子动力学分析与轴承设计软件DyRoBeS，结合软件自带的某齿轮传动压缩机转子的实际案例，分别进行纯横向、扭转以及轴向振动分析和弯扭轴耦合振动分析，得到转子耦合振动对临界转速的影响，且看正文。

案例中某齿轮传动压缩机转子图纸及模型如图1所示，其中，电机轴径向由两个两片瓦滑动轴承支撑，转速为2975rpm；两级压缩机Pinion1（Stage1和Stage2）转速为30191rpm，单级压缩机Pinion2（Stage3）转速为42903rpm，Pinion1和Pinon2径向均由四片瓦滑动轴承支撑。电机轴通过大齿轮Bull gear分别于Pinion1和Pinion2连接，Pinion1与Pinion2上的轴向力通过止推环Rider Ring（Thrust Collar）传递到大齿轮止推轴承。

图1 DyRoBeS软件中某齿轮传动压缩机转子图纸及模型

Step1：计算轴承刚度和阻尼参数

为了得到轴承刚和阻尼参数，首先需要计算轴承载荷。考虑齿轮载荷和气动引起的轴向力的影响，在DyRoBeS中的Gearload模块计算轴承载荷，得到如图2所示结果。在DyRoBeS中的BePerf模块导入计算得到的轴承载荷，计算轴承特性参数，如图3所示。其中，两片瓦滑动轴承的载荷作用在瓦上；四片瓦滑动轴承的载荷作用在瓦间。

图2 Gearload模块中得到轴承载荷结果

图3 BePerf模块中计算轴承特性参数

Step2：纯横向、扭转以及轴向振动分析

DyRoBeS中有两种方法可以进行纯横向振动分析。一种是分别对电机轴、两级压缩机Pinion1和单级压缩机Pinion2独立单转子进行横向振动分析，转子模型如图4所示。另一种是对整个转子系统在不考虑扭转和轴向的影响下进行纯横向振动分析，如图5所示为Rotor模块中对转子系统进行振动分析界面，通过在红色框中只选择横向（Lateral）来进行纯横向振动分析。

图4 独立单转子模型

图5 转子系统振动分析界面

分别通过上述两种方法在2975rpm工作转速上进行Whirl Speed & Stability Analysis分析，得到前四阶模态及自然频率如图6所示。其中，上四图为电机轴的计算结果，下四图为整个转子系统的计算结果，可知模态振型和自然频率结果一致。

（a）电机轴

（b）转子系统

图6 电机轴和转子系统的前四阶模态及频率结果

需注意！在进行扭转振动分析时，一般要求对整个转子系统进行分析。因为每个独立的单转子的扭转振动频率值一般非常高，很难被激励，而真正影响转子系统的扭转振动往往发生在多轴之间的连接部件上。

Step3：弯扭轴耦合振动分析

在Rotor模考中同时考虑转子横向（Lateral）、扭转（Torsional）和轴向（Axial）耦合振动影响，对整个转子系统进行弯扭轴耦合振动分析，如图7所示。在2975rpm工作转速进行上进行Whirl Speed & Stability Analysis分析，得到转子系统弯扭轴耦合振动分析结果，并与纯横向、扭转及轴向振动分析结果对比，如表1所示。

图7 转子系统弯扭轴耦合振动分析

表1 纯横向、扭转及轴向振动分析与弯扭轴耦合振动分析结果对比

在计算结果中，因为转子系统本身具有一个旋转方向的自由度，所以存在一个0频率的扭转刚体模态。一阶耦合振动模态（1225rpm）以扭转振动为主，且存在很小的Y方向横向振动，如图8所示，可知扭转振动发生在电机与大齿轮之间的联轴器处。此时，对数衰减率Log decrement非常小是因为此时振动为扭转振动模态，在本案例中没有在扭转方向添加阻尼。

图8 一阶耦合振动模态（1225rpm）

二阶耦合振动模态（1245rpm）为横向和轴向的耦合振动模态，如图9所示。横向振动发生在电机轴，其中电机侧为反进动，大齿轮侧为正进动；轴向振动发生在两个高速轴上，振动方向相反。三阶耦合振动模态（1659rpm）以电机轴上的横向振动为主，在两个高速轴上存在很小的轴向振动，如图10所示，其中电机轴上95%部分为正进动。二阶耦合振动模态（1245rpm）和三阶耦合振动模态（1659rpm）的对数衰减率Log decrement非常高，分别为12.51和4.23，均大于1，为临界阻尼模态（critically damped mode），故不用考虑其影响。

图9 二阶耦合振动模态（1245rpm）

图10 三阶耦合振动模态（1659rpm）

可见，对于齿轮多轴系转子系统，弯扭轴耦合振动分析非常重要。DyRoBeS软件可以针对各种类型的复杂齿轮轴系进行横向、扭转以及轴向的独立或耦合振动分析，操作便捷，运行速度快，且计算精准，为复杂多轴转子系统的转子动力学设计提供专业的解决方案。

（该算例旨在演示DyRoBeS软件在滑动轴承计算及齿轮转子轴系耦合振动分析计算方法和能力。大家在计算时需按照轴承——齿轮转子轴系实际的边界条件给定。）

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