扭轉振動的案例
【基礎知識】扭轉振動那些事(一)
通常，扭轉振動就是用來分析上述復雜軸系。
旋轉機械的振動一般分為三類，徑向振動（也叫橫向振動），軸向振動，扭轉振動。徑向振動及軸向振動，均可采用電渦流位移傳感器進行監測，而扭轉振動則不然。由于扭轉振動比徑向及軸向振動更加難以測量，因此經常會忽略扭轉振動。實際上，扭轉振動可能相當劇烈，并且能夠產生可導致疲勞失效的破壞性循環應力。扭轉振動常見的危害有：損壞傳動齒輪、聯軸器，引起扭轉-軸向耦合振動，引起軸系裂紋和斷裂等。
一、什么是扭轉振動
不同的教材對扭轉振動的定義稍有不同，但大致相同。
通用定義：扭轉振動，是轉子圍繞其旋轉軸發生靜態和動態扭轉產生的振動。
汽輪機行業的定義：當汽輪機-發電機組軸系傳遞轉矩時，在其各個斷面上因所受轉矩的不同而產生不同的角位移。當轉矩受到瞬時干擾而突然卸載或加載時，軸系按固有扭振頻率產生的扭轉振動。
船舶行業的定義：船舶推進系統軸系在柴油機、螺旋槳等周期性的激振力矩作用下所產生的周向交變運動及相應變形，這種振動稱為扭轉振動。
二、扭轉振動的參數表征
所有旋轉機械均涉及功率的輸出和變換，而功率輸出需要傳輸轉矩。
展開 一文覽盡轉子動力學橫向、扭轉、軸向及耦合振動分析
Rotor（轉子動力學模塊）是大部分旋轉機械用戶都要用到的，可以看到，DyRoBeS軟件的Rotor模塊可以進行四種類型的振動分析，如下圖2所示，分別是Lateral Vibration（橫向振動）、Torsional Vibration（扭轉振動）、Axial Vibration（軸向振動）、Lateral-Torsional-Axial Vibration（橫向-扭轉-軸向耦合振動）。而對于第四種Lateral-Torsional-Axial Vibration（橫向-扭轉-軸向耦合振動）分析，也可以進行兩種耦合振動分析，比如橫向＋扭轉振動分析、橫向＋軸向振動分析、扭轉+軸向振動分析，可以說，DyRoBeS軟件提供的四種振動分析涵蓋了幾乎所有轉子的動力學分析類型。
圖2 DyRoBeS軟件的Rotor模塊的四種振動分析類型
DyRoBeS軟件的Rotor模塊中，在Tools菜單欄里提供了各種類型軸承以及各型動密封等等的計算工具接口，詳見下圖。
展開 新能源汽車傳動系扭轉振動抑制策略——主動防抖控制
之前圈子里有工程師從系統層面介紹了新能源汽車傳動系扭轉振動抑制的不同手段，今天小編就從控制層面，簡單聊一下傳動系扭轉振動抑制的方法：主動防抖控制。
主動防抖控制，大白話：主動施加防止抖動的控制策略。
為什么要施加主動防抖控制？原因很簡單：新能源汽車的電機到車輪之間沒有傳統內燃機車上的扭轉阻尼減振器，所以傳動系上的抖動無法被阻斷和吸收，同時抖動通過殼體、懸置等耦合到車身，于是整車彌漫著農業重金屬氣息。With這種車，你無法步入新時代，因為你所有撩的套路都見光死，甚至連只想當個安靜的美男子的愿望也灰飛煙滅，因此，才有主動防抖控制來抑制抖動。
那么沒人車震，車里也沒有內心住著縫紉機的抖腿一族，為啥車會抖呢？工程師說電機經減速器過半軸最后到車輪，這樣一個傳動系可以等效為二階系統，見下圖，大小慣量、剛度和阻尼等是它的參量，在階躍扭矩輸入條件下或者運行在固有頻率區間，就會發生振動。
這么說有點抽象有點費腦細胞，舉個例子：60千克的小明，虎虎生風的推了一把動他最后一根辣條的熊孩子，啪，熊孩子倒在了兩米外；改天，他又去推了一把動他最后一根辣條的體重180千克隔壁老王，老王紋絲未動，而小明被彈了出去，踉踉蹌蹌幾乎摔倒。
展開 [網絡研討會]傳動系扭轉振動系統仿真分析解決方案(2016.3.4)
網絡研討會
傳動系扭轉振動系統仿真分析解決方案
2016年3月4日
會議亮點：
如何可以優化傳動鏈設計以降低振動？
如何診斷振動噪聲問題如轟鳴，clonk，離合器顫振等？
如何優化減振器部件設計：離合器減振器，雙質量飛輪，離心擺吸振器，懸置等？
當今，主要的傳動部件之間的相互作用，以及動力總成技術、結構的多樣化，使傳動工程師正面臨著新的挑戰。例如，僅變速器的類型就已經從AT/MT
擴展到
AMT/DCT/CVT，扭矩矢量系統等。由于動力總成各個部件之間逐漸增加的機械、熱、電、液壓、控制之間的相互作用所引起的耦合影響，要設計出高性能
動力總成的同時保持良好的駕駛性能，并且降低油耗和排放，僅僅是部件級設計分析是不夠的，這使得系統級設計已經成為動力總成開發過程中關鍵的一環。隨著動
力總成作動器數量的增加，這種趨勢將進一步深化。
此次研討會將穿插生動的演示，介紹真實的用戶案例來幫助聽眾更好的理解內容。相信會給關注傳動系振動噪聲問題的工程技術人員帶來有價值的技術分享。
時間：2016年3 月4 日 星期五上午10:00-11:40
主講人：聶利衛 LMS Amesim 中國技術工程師
內容安排：
1. NVH相關挑戰和Amesim方案介紹
行業背景和工程挑戰
Amesim NVH分析的解決方案
2. Booming和Clunk
蘭博基尼用戶案例介紹
如何對發動機扭振建模
變速器和傳動鏈動態模型
齒輪接觸模型
3.
展開 
ARMD 5.6軟件模塊及樣本
ARMD軟件包/模塊功能注釋：
ROSTAB 橫向振動穩定性分析
ROSYNC 橫向振動不平衡響應分析
RORESP 橫向振動瞬態響應分析
ROTORMAP 轉子動力學分析結果圖譜顯示
TORNAT 扭轉振動固有頻率計算
TORHRM 扭轉振動穩態響應分析
TORRSP 扭轉振動瞬態響應分析
JURNBR 固定瓦圓柱徑向滑動油膜軸承動力學計算
HYBCBR 固定瓦圓錐徑向滑動油膜軸承動力學計算
TILTBR 可傾瓦徑向滑動油膜軸承動力學計算
THRSBR 固定瓦和可傾瓦滑動油膜推力軸承動力學計算
COBRAEHL 滾動軸承動力學計算
ARMDbrochure.pdf
ARMD_demo_man.pdf
展開 【CAE案例】渦輪發電機主軸扭轉與葉片彎曲耦合振動分析
振動是渦輪發電機運行過程中值得特別關注的問題。由于本身的復雜結構，以及運行過程中的隨機性，渦輪發電機振動的成因也比較復雜：機組的設計、加工不當，部件本身的機械缺陷，機組的約束、受力都會引起振動。過大的振動會帶來危害，如加劇材料的疲勞破壞，加快旋轉部件的磨損，引起葉片疲勞破壞與斷裂。機組共振還會引起廠房振動，對設備和人員安全造成威脅。
本案例以N4渦輪發電機組為例，通過code_aster實現對發電機的主軸扭轉和葉片的彎曲的耦合計算，目的是防止渦輪發電機的旋轉頻率和諧振干擾主軸扭轉和葉片彎曲的模式。案例的核心是通過Sous-Structuration dynamique實現計算模型的拆分求解和再裝配，對于復雜模型具有參考意義。
展開 使用仿真分析軸承不對中引起的機械振動
軸承對中如何影響振動
要了解未對中對系統響應的影響，需要考慮以下情況：
所有軸承都與軸完美對中
其中兩個軸承與軸心線未對中，如下圖所示：
軸承 2 圍繞局部 z 軸的角度偏差為 0.1°，軸承 4 圍繞局部 y 軸的角度偏差為 0.2°。
兩種情況下軸的角速度如下圖所示。
帶有完全對中的軸承(上)和帶有未對中的軸承(下)的齒輪角速度。
在從動軸加載之前(t < 0.047 s)，齒輪傳動組件的慣性會導致齒輪在存在齒隙的情況下發出嘎嘎的響聲。齒輪的響聲會引起軸的扭轉振動。因此，輪輞（主動齒輪）在基本上跟隨主動軸的規定速度，存在一定的波動。由于齒隙的存在，小齒輪（從動齒輪）在空轉期間不考慮齒輪比。從動軸在 t = 0.047 s 后被加載。這會在軸中引起更大的扭轉振動，并且可以看到角速度與規定值的較大偏差。稍后，當波動減小時，輪輞遵循規定的速度。存在不對中時，由于軸承中的周期性不對中力，軸中的扭轉振動會繼續存在。
我們可以通過繪制齒輪嚙合的接觸力里了解齒輪中的響動，如下圖所示。當從動軸未加載時，接觸力是斷斷續續的，清楚地顯示了嘎嘎作響的行為。一旦軸被加載，接觸力變得連續，表明沒有了嘎嘎的響聲。當加載后，由于角速度的變化和軸的扭轉振動，接觸力不斷波動。
齒輪嚙合接觸力。
未對中旋轉系統的最重要特征之一是響應中存在軸向振動。下圖比較了兩種情況下齒輪位置處軸的軸向振動。
帶有完全對中的軸承(上)和未對中的軸承(下)的主動齒輪的軸向位移。
正如預期的那樣，對于完全對中的軸承，主動齒輪的軸向振動可以忽略不計；而存在未對中的情況下，這種振動變得很明顯。因此，軸向振動測量可以作為識別軸承不對中的參數之一。
展開 FLUENT動網格案例之十一：基于動網格算法的二維剛性截面機翼簡諧振動氣動特性分析 ￥99
二維剛性截面機翼扭轉振動流體力仿真分析
氣動彈性問題一直是流固耦合現象研究的重要課題，而二維剛性截面的機翼扭轉振動則是氣動彈性研究最基本的入門案例。如下圖所示，圓形的計算域內，邊界上為壓力遠場，為了減小動網格計算量，靠近機翼的內部區域為彈簧光順和網格重生成區域，外部則為靜止網格。經過兩次放大后可以看出二維非結構的三角形網格也可以有很高的網格質量。
為了對作簡諧振蕩運動的Naca翼型的氣動特性（升力系數，阻力系數和力矩系數）進行數值計算，來流速度為V， 攻角的變化規律為：Alpha（t）=A/2*sin(omega*t)，其中，A=10度，omega=10*pi 弧度/秒。剛體運動UDF實現翼型的俯仰運動，由于在FLUENT的UDF中只能指定速度，角速度；所以，需要將攻角對時間求導，得到轉動角速度的規律：D（alpha）/dt=A*omega/2*cos(omega*t)
動網格實現結果
氣動彈性研究的對象已經從簡單的單翼，拓展到襟翼，前緣縫翼，副翼，翼梢等現代大型客機的機翼結構，感興趣的同學可以留言，希望研究的飛機氣動彈性課題內容。
文件列表
展開 設計仿真 | Adams FMI聯合仿真助力福特汽車優化燃油經濟性和NVH性能
這些低頻輸入經常被駕駛員和乘客感受到，比如座椅導軌振動、方向盤振動和艙內轟鳴聲。
工程師試圖控制拖拽的主要方法之一是通過液力變矩器，該變矩器利用流體聯軸器將發動機的扭矩傳遞并放大到變速器。液力變矩器由泵、渦輪、葉輪和包含在充滿傳動液的腔內的定子組成，此外還有鎖止離合器和阻尼器組件。
離合器由電子控制，以提供所需的滑移水平。在需要時，離合器會鎖住，并在發動機和變速器之間提供直接連接，從而達到接近100%的效率和最佳的燃油經濟性。在閉鎖模式下，發動機扭矩波動會直接傳遞到變速器，有可能導致傳動系統產生振動和噪聲。滑動變矩器可增加阻尼，降低傳動系統振動對發動機扭矩激勵的敏感性，并改善NVH性能。另一方面，由于流體聯軸器和離合器摩擦，滑移增加了損失，降低了燃油經濟性。
挑 戰
在開發一種新車型時，工程師們要負責滿足各種經常相互沖突的性能目標。燃油經濟性和NVH性能是最重要的兩類目標。對于拖拽，NVH工程師通常負責保持變速器輸出軸的扭轉振動幅值低于目標值。NVH團隊自然更喜歡大的滑移，以幫助實現他們的目標，而負責燃油經濟性的團隊則希望滑移盡可能低，以實現他們的目標。到目前為止，直到在產品開發過程的后期階段，一輛原型車被制造出來并進行了測試，才有可能高精度地確定扭轉振動振幅。然而，在這個后期階段，設計被凍結了，更改成本相當高，可能會推遲生產。
展開 設計仿真 | Adams FMI聯合仿真助力福特汽車優化燃油經濟性和NVH性能
這些低頻輸入經常被駕駛員和乘客感受到，比如座椅導軌振動、方向盤振動和艙內轟鳴聲。
工程師試圖控制拖拽的主要方法之一是通過液力變矩器，該變矩器利用流體聯軸器將發動機的扭矩傳遞并放大到變速器。液力變矩器由泵、渦輪、葉輪和包含在充滿傳動液的腔內的定子組成，此外還有鎖止離合器和阻尼器組件。
離合器由電子控制，以提供所需的滑移水平。在需要時，離合器會鎖住，并在發動機和變速器之間提供直接連接，從而達到接近100%的效率和最佳的燃油經濟性。在閉鎖模式下，發動機扭矩波動會直接傳遞到變速器，有可能導致傳動系統產生振動和噪聲。滑動變矩器可增加阻尼，降低傳動系統振動對發動機扭矩激勵的敏感性，并改善NVH性能。另一方面，由于流體聯軸器和離合器摩擦，滑移增加了損失，降低了燃油經濟性。
挑 戰
在開發一種新車型時，工程師們要負責滿足各種經常相互沖突的性能目標。燃油經濟性和NVH性能是最重要的兩類目標。對于拖拽，NVH工程師通常負責保持變速器輸出軸的扭轉振動幅值低于目標值。NVH團隊自然更喜歡大的滑移，以幫助實現他們的目標，而負責燃油經濟性的團隊則希望滑移盡可能低，以實現他們的目標。到目前為止，直到在產品開發過程的后期階段，一輛原型車被制造出來并進行了測試，才有可能高精度地確定扭轉振動振幅。然而，在這個后期階段，設計被凍結了，更改成本相當高，可能會推遲生產。
展開 三缸發動機降振技術研究
2.2 發動機激勵的分析
往復慣性力以及其產生的力矩，作為引起發動機產生振動的主要擾動；除此之外還有回轉離心力以及其產生的力矩；以及顛覆力矩的不平衡的簡諧分量。二次往復慣性力：可見只有二次往復慣性力是不平衡的。通過一系列的計算可知引起發動機產生振動的主要擾動是：二次往復慣性力和顛覆力矩。四沖程直列三缸發動機的顛覆力矩組成部分可以從以下兩方面考慮：①混合氣爆燃產生的干擾力矩；②發動機曲柄連桿機構不做軸線運動導致干擾力矩。
對于多缸發動機，可以通過諧波分析各扭轉缸內氣體壓力產生的扭矩，形成扭轉振動擾動的平均扭矩和扭矩，如上所述，在周期性擾動力矩的作用下，發動機曲軸運動包含兩部分。該部分是一個勻速旋轉運動具有固定角速度，受平均扭矩Mm 的影響用來克服外部阻力扭矩。它使發動機與被驅動對象之間不斷旋轉，同時以大小相同、方向相反的反作用力對殼體產生影響。這個反作用扭矩是通過發動機框架傳遞的，因此外殼保持平衡，軸系統旋轉。在局部隔振的情況下，平均轉矩使節點相對于軸系有一定的傾斜度。另一部分是不同頻率的簡單扭轉振動，使傳動軸系的扭轉振動橫向產生機身的反作用轉矩。它橫向振動在一個軋輥，并通過連接，它創造了一個脈動反應扭矩在基地，促使車身構件產生振動。
2.3 優化結果分析和評價
全面優化結果的三種工作條件，同時，兼顧到15KM/H時懸掛振動較大，在60-90KM/H 時振動較小的動態反應，經驗表明低速顫振是車輛懸架系統設計需要考慮的影響最為深遠的因素，所以需要2000RPM 的優化結果作為最終解決方案，和其他條件驗證的激勵下，確定優化結果對其它工況隔振效果的影響程度。①固有頻率分析；②隔振效果分析。
展開 
『轉貼』MADYN——專業轉子動力學分析軟件(ZT)
摘要：基于有限元方法，可求解各種透平機械橫向振動、扭轉振動、軸向振動、可分析臨界轉速、不平衡響應、阻尼特征值及轉子穩定性、瞬態響應及非線性響應。可以考慮陀螺效應的影響、軸承、基礎、密封及齒輪的影響等。
關鍵字：MADYN 轉子 穩定型 軸承
MADYN是一款世界著名的大型專業轉子動力學分析軟件，被廣泛應用于各個行業的設計、工程分析、仿真計算中。MADYN為客戶提供完整的轉子機械動力學解決方案，同時也是全球唯一一款將最高級和最完善的轉子動力學、扭轉振動、液膜軸承以及磁性軸承分析程序集成一體協同仿真的軟件。MADYN可以解決復雜的旋轉機械評估問題，為客戶提供無與倫比的解決方案，讓用戶可以在連續、集成的環境下為最復雜的轉子－軸承－齒輪系統建模和分析 。目前，MADYN廣泛應用于能源、軍事、汽車、化工、航天航空、電子、醫學、日用生產等領域。
1．MADYN 軟件的主要應用領域
MADYN適用于各種旋轉機械，例如微型氣動渦輪、發電廠站的大型渦輪發電機、蒸汽輪機、燃氣輪機、水輪機、壓縮機、膨脹機、泵、增壓器、液力變矩器、風機、噴氣發動機、離心分離機械，微型計算機硬盤里的電機和主軸、雷達伺服系統、同步電機的動力傳動系統，以及鈾濃縮車間的齒輪箱等。包括Siemens、BP、Alstom、ABB等眾多旋轉機械制造商和用戶利用這些模塊進行設計、性能預測、失效分析和診斷維修。
在中國，ABB公司采用了MADYN來設計并計算三峽水輪發電機組軸系穩定性、臨界轉速及動態響應計算，為三峽工程的順利竣工提供了技術幫助。在風機行業，陜鼓“應用國際最先進的MADYN程序對軸承的動靜態性能、轉子不平衡響應及轉子扭曲振動進行詳細計算，提高了準確和可靠性” 。
展開 DYROBES 20.2軟件交流學習技巧
二、軟件功能 軟件能夠實現橫向振動、扭轉振動、軸向振動分析功能，并能進行彎、扭、軸向耦合振動分析，可模擬齒輪運動，能夠模擬具有不同的轉動方向、轉速的多轉子系統、套軸轉子系統；能準確計算分析固定瓦軸承（包括圓柱瓦、橢圓瓦、三片瓦、四片瓦、多片瓦、錯位瓦、多圓弧瓦塊等）、可傾瓦軸承、浮環軸承、氣體軸承等多種滑動軸承，深溝球軸承、圓柱滾子軸承、角接觸球軸承等多種滾動軸承以及靜壓軸承和擠壓油膜阻尼器等；分析齒輪傳動軸系的齒輪嚙合力大小及方向、以及軸承載荷的計算，可計算由于齒輪嚙合和氣動力引起的軸承載荷。 1. 便捷的建模計算 具有二維梁單元直接建模功能，可基于轉子部件節點坐標直接建模或通過EXCEL對三維非對稱實體單元進行等效簡化建模并導入到軟件中； 具有方便的模型修改功能，可直接通過數值尺寸更改模型； 具有多種單位制，不同的單位可以方便轉換，無須更改數模； 支持材料庫自定義，包含常用潤滑油工質庫等； 可考慮輸送液體對轉子動力學的影響，可以分析干態與濕態兩種工況； 具有計算軸承在工作狀態下的阻尼、剛度等參數的功能，并將這些參數輸入到轉子系統中，分析其對轉子動力學特性的影響，從而使模擬計算模型與實際產品工況保持一致，得到更加準確的計算值； 具有極高的計算速度，滿足買方在短時間內分析多個修改方案的要求； 具有豐富的后處理，所有圖片均支持PNG，JPG，BMP，JIF等格式的輸出。 2.
展開 分享：初識轉子動力學
研究范圍包括振動、動態響應、穩定性、動平衡、軸承特性、密封特性、強度、疲勞、可靠性、狀態監測、故障診斷和控制等方面，尤其是研究接近或超過臨界轉速運轉狀態下轉子的各種動力學問題。
DyRoBeS軟件中某渦輪增壓器模型
首先看一下轉子動力學分析的一些基本概念。
1. 振動形式，按轉子-軸承系統的輸入，即振動原因可分為：
強迫振動
系統受外界持續激擾作用下所產生的振動，比如轉子不平衡產生的周期性的激振力下的轉子振動。
特點：振動的頻率與激振頻率相關，一般由不平衡量引起的振動為1X振動，即振動頻率與轉速頻率一致。
DyRoBeS軟件中某轉子強迫振動計算結果
自激振動
由系統自身的交叉耦合剛度引起的振動形式，當有一個初始振動，不需要外界向振動系統輸送能量，振動即能保持下去。這種振動與外界激勵無關，完全是自己激勵自己，故稱為自激振動。比如軸瓦自激振動（半速渦動，油膜振蕩），大容量汽輪機高壓轉子上的間隙自激振動。
特點：振動的頻率與轉速無關，而與其自然頻率相關。
DyRoBeS軟件中某轉子自激振動計算結果
2. 按轉子—軸承系統的動力學參數的特性可分為：
線性轉子動力學分析
通過線性化處理系統，包括軸承的剛度與阻尼等，分析系統的穩態響應，能用常系數線性微分方程描述的振動。
非線性轉子動力學分析
系數的阻尼力或彈性恢復力具有非線性性質，只能用非線性微分方程來描述。比如，所有的軸承作用力均為非線性力，嚴格來講，與滑動軸承油膜力相關的轉子動力學問題均為非線性轉子動力學；還有裂紋轉子的動力學分析等也屬于非線性領域。
3. 按振動位移的特征可分為：
橫向振動
轉子只作垂直軸線方向的振動。
扭轉振動
轉子繞其縱軸產生扭轉變形的振動。
縱向振動
轉子只作沿軸線方向的振動。
從哪方面入手學習轉子動力學？
展開 初識轉子動力學-
扭轉振動
轉子繞其縱軸產生扭轉變形的振動。
縱向振動
轉子只作沿軸線方向的振動。
從哪方面入手學習轉子動力學？
這么多的分類，我們該怎么學習和操作呢？
實際上，采用線性化處理的方法，可以處理大部分旋轉機械工程領域遇到的轉子動力學問題，給出令人滿意的解釋。這是因為轉子上作用著的所有力大部分是線性化或者可以線性化的，例如轉子動力學中對轉子-軸承系統穩定性問題的研究，一般采用8個線性化的剛度與阻尼特性系數的油膜力模型，就可以得到較為準確的分析結果，可以滿足在工程領域中的各種應用。
因此，作為廣大從事旋轉機械轉子動力學工程領域的技術人員以及初學者而言，可以將關注點放在線性轉子動力學上。
小編并沒有否定非線性轉子動力學的意義，旋轉機械中如果有非線性激勵源的存在，出現線性轉子動力學不太好解釋的現象，比如轉子裂紋等，那就需要進行非線性轉子動力學分析。需要說明的是，對線性轉子動力學知識體系建立的越深入、掌握的越全面，后續進行非線性轉子動力學分析時上手才會更容易，認識才會更清晰，二者并不矛盾，主要看大家各自階段的需求。
在轉子橫向振動、扭轉振動以及軸向振動三種振動形式中，橫向振動是最為常見的振動形式。可以先從線性轉子動力學的橫向振動入手做起。
轉子動力學與結構動力學有啥區別？
小編曾發現有些從業者對轉子動力學的方程概念不清，經常與結構動力學方程式混為一談，我認為這兩者有必要專門進行區分。
從定義上
結構動力學是結構力學的一個分支，著重研究結構對于動載荷的響應（如位移、應力等的時間歷程，以便確定結構的承載能力和動力學特性，或為改善結構的性能提供依據。比如，風載荷作用下大型橋梁、高層結構的振動問題；車輛行進過程中由于路面凹凸不平引起的車輛振動；波浪載荷作用下輪船的動力反應或者海上鉆井平臺的動力反應。
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