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碟式分离机属于高速回转机械,如何改善其振动性能是分离机生产的首要问题。导致分离机振动的原因很多,如工作转速等于临界转速时发生的共振,转鼓的偏心质量引起的不平衡响应。开展碟式分离机的临界转速与不平衡响应分析,对其进行动力学设计,具有非常重要的现实意义。
本文运用Pro/E软件建立了转鼓的三维模型,获取了转鼓的质量与转动惯量参数。计算了橡胶弹簧与调心球轴承的刚度值,并且完成了调心球轴承的动态特性分析。运用传递矩阵法给出了碟式分离机转子轴承系统的动力学模型。
以MATLAB为平台开发了碟式分离机通用动态特性分析程序,通过传递矩阵法与传统方法的比较验证了程序的正确性。计算了碟式分离机的临界转速与不平衡响应,并且完成了关于支承刚度、转鼓质量、支承跨距、悬臂长度等参数的灵敏度分析。
分离机的第一阶、第二阶临界转速分别为1372.71r/min、65028.32r/min。第一阶振型变形甚微,仅以调心球轴承为支点进行摆动;第二阶振型发生了明显的弯曲变形。橡胶弹簧刚度与支承跨距的增加均引起临界转速的上升,转鼓质量与悬臂长度的增加均导致临界转速的下降。
在转鼓与支承的响应中,转鼓质心的最大,橡胶弹簧所在位置的次之,调心球轴承处最小。减小橡胶弹簧刚度或者悬臂长度、增大支承跨距均有利于降低不平衡响应峰值的大小。减小橡胶弹簧刚度是降低第一阶临界转速与不平衡响应峰值的最佳选择。在给定的最高工作转速下,橡胶弹簧所在位置的主轴响应对结构参数的变化比较敏感。文章给出了分离机主轴结构的调整方案,对照修改前后的响应可知,橡胶弹簧支承处的主轴响应以及系统的临界转速均有较大幅度的下降。