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4200立辊轧机主传动系统扭振研究

作　者: 王建勋
导　师: 孟令启
学　校: 郑州大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 立辊轧机主传动系统扭振扭矩放大系数非线性
分类号: TG333
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

轧钢机的主传动系统是一个由一些惯性元件和弹性元件构成的系统,是轧制过程中动力传递的主要途径。稳定工作时传动系统不发生扭振,系统中各轴段的扭矩不发生较大变化,但生产中在有突加载荷存在时,系统会出现不稳定的扭振现象,致使传动系统各轴段的扭矩最大值急增,严重时会超过材料的强度,导致轧机设备的损坏。本文从机械系统动力学出发,运用振动学理论对4200立辊轧机主传动系统的扭转振动进行深入的研究。首先建立起主传动系统动力学模型,用传统公式和计算机软件计算扭振系统元件的转动惯量和刚度,通过对模型的简化建立起简化的动力学模型,得出主传动系统的扭振数学模型。借助计算机MATLAB软件计算出系统固有频率与主振型,求出各阶模态下弹性势能的分布和模态柔度,确定出系统的关键模态。并用经典模态理论进行动态响应分析,通过MATLAB软件仿真得出系统各轴段的扭矩响应曲线,计算出扭矩放大系数,发现同步轴扭矩放大系数较之其它轴段较大,是系统的薄弱环节。结合工程中非线性因素存在的必然性,考虑轧机主传动系统中的非线性刚度和阻尼,建立两自由度的非线性扭转振动模型,用多尺度法求出非线性振动方程的一阶近似解,通过仿真得出系统在主共振情况下的幅频特性曲线,揭示出幅频特性曲线受非线性刚度和非线性阻尼的影响规律。在四自由度非线性扭转振动模型的基础上,利用MATLAB软件仿真出轧辊角位移的相图、庞加莱截面图和时间历程图,分析轧机主传动系统在生产过程中的运动规律,为设备安全运行提供有效的保障。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
1 绪论  10-15
  1.1 课题的提出及意义  10-12
  1.2 轧机主传动系统扭转振动的研究现状  12-14
    1.2.1 轧机主传动系统的扭转振动  12-13
    1.2.2 轧机主传动系统的扭转振动国内外研究现状  13-14
  1.3 本课题的主要研究内容  14-15
2 4200立辊轧机主传动系统模型  15-27
  2.1 立辊轧机及4200立辊轧机主传动系统概述  15-17
    2.1.1 立辊轧机简介  15-16
    2.1.2 4200立辊轧机主传动系统简况  16-17
  2.2 4200立辊轧机主传动系统线性动力学全模型  17-21
    2.2.1 建立动力学模型的基本假设  17-18
    2.2.2 主传动系统线性动力学全模型的建立  18-19
    2.2.3 全模型参数的计算  19-21
  2.3 4200立辊轧机主传动系统全模型的简化计算  21-24
    2.3.1 线性模型简化原则  21
    2.3.2 简化模型的建立  21-23
    2.3.3 简化模型参数的确定  23-24
  2.4 4200立辊轧机主传动系统扭振数学模型的建立  24-26
    2.4.1 数学模型基本要求  24-25
    2.4.2 系统数学模型的确定  25-26
  2.5 本章小结  26-27
3 4200立辊轧机主传动系统扭振动态分析  27-45
  3.1 4200立辊轧机主传动系统固有频率和主振型的分析  27-32
    3.1.1 固有频率和主振型的计算原理  27-29
    3.1.2 系统固有频率和主振型的计算结果与分析  29-32
  3.2 4200立辊轧机主传动系统模态柔度与势能分布率的分析  32-35
    3.2.1 模态柔度和势能分布率的计算方法  32-33
    3.2.2 模态柔度和势能分布率的计算结果与分析  33-35
  3.3 4200立辊轧机主传动系统扭振仿真分析  35-43
    3.3.1 扭振仿真分析的计算方法  35-38
    3.3.2 激励条件和初始条件的确定  38-39
    3.3.3 各轴段的扭矩响应和扭矩放大系数的计算  39-43
  3.4 本章小结  43-45
4 4200立辊轧机主传动系统扭振非线性分析  45-64
  4.1 非线性振动理论简介  45-46
  4.2 非线性振动方程的解法  46-50
    4.2.1 非线性振动方程的解析法  47-49
    4.2.2 非线性振动方程的定性分析方法  49-50
  4.3 4200立辊轧机主传动系统非线性扭振解析法求解分析  50-58
    4.3.1 两自由度非线性扭振模型建立  50-52
    4.3.2 激励频率接近固有频率ω_(n1)时共振分析  52-54
    4.3.3 激励频率接近固有频率ω_(n2)时共振分析  54-56
    4.3.4 主共振数值仿真分析  56-58
  4.4 4200立辊轧机主传动系统非线性扭振几何分析  58-63
    4.4.1 四自由度非线性扭振模型  58-59
    4.4.2 共振时系统稳定性分析  59-61
    4.4.3 非共振时系统稳定性分析  61-63
  4.5 本章小结  63-64
5 结论与展望  64-66
  5.1 结论  64-65
  5.2 展望  65-66
参考文献  66-69
致谢  69-70
个人简历及攻读硕士学位期间取得研究成果  70

4200立辊轧机主传动系统扭振研究

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