转子动力学模块更新

COMSOL Multiphysics® 5.6 版本为“转子动力学模块”的用户新增了主动磁轴承建模功能,用于转子-定子连接的连接件,以及模拟液体动压轴颈轴承中的湍流效应的能力。请阅读以下内容,了解这些新增功能和其他转子动力学特征。

主动磁轴承

主动磁轴承 (AMB) 是由反馈控制机构支撑的电磁轴承。现在,您可以在实心转子梁转子 接口中使用 PID 控制器对此类轴承进行建模。像任何其他轴承一样,它们为固定部件上的旋转部件提供支撑。必要时,主动磁轴承也可以用来控制大幅度振动。这些轴承通常用于禁止使用润滑油的环境中,由于采用非接触式支承,这种轴承的损耗最小。您可以在新的采用主动磁轴承的电机驱动系统的振动控制教学案例中查看此特征的应用演示。

没有主动磁轴承的电机驱动器的振动响应。

主动磁轴承的电机驱动器的振动响应。

用于转子-定子连接的连接件

现在,连接件可以用作轴承的基础用来连接转子和定子部件。为了支持该功能,用户现在可以通过“转子动力学模块”许可证获取连接件;固体力学 等结构力学接口中添加了这些连接件。有了这个功能,您可以非常轻松地在通过轴承的固定零件与旋转零件之间建立连接。您可以在变速箱中的振动和噪声建模:轴承版本采用主动磁轴承的电机驱动系统的振动控制教学案例中查看这一新功能的应用演示。

变速箱模型,外壳顶部被切除,以显示内部齿轮和轴;其中用蓝绿色和紫色显示速度,用红色、黄色和绿色显示应力,并用彩虹色显示声压级。 外壳通过连接件与轴连接。结果显示了齿轮和轴的速度,壳体中的 von Mises 应力和声压级。
电机驱动装配模型,其中使用彩虹颜色表显示应力。 电机驱动装配中的应力;电机外壳和平台通过连接件与转子连接。

液体动压轴颈轴承中的湍流效应

您现在可以使用一组流量系数和剪切应力因子,以平均方式模拟液体动压轴颈轴承中的湍流效应。您可以对以下两种情况下的湍流效应进行建模:

  • 由于高速转子以及足够光滑的轴颈和轴承表面引起的湍流
  • 由轴颈和衬套表面的粗糙度引起的湍流

在第二种情况下,可以模拟两种润滑状态:全膜润滑和混合润滑。对于全膜润滑,接触载荷仅由润滑油膜中的压力支撑。对于混合润滑,接触载荷由润滑油膜压力和粗糙面接触压力共同支撑。混合润滑建模在重负荷接触面中具有重要的意义。

COMSOL Multiphysics 5.6 版用户界面的特写视图,显示了“模型开发器”、“液体动压轴颈轴承”设置和“图形”窗口,其中包含轴颈轴承的两个压力图。 轴颈轴承的膜压力和粗糙面接触压力。

滚子轴承中的预紧力

滚子轴承中的预紧力用于使滚子与滚道之间的接触更加均匀,这有助于减少轴承振动、噪音和磨损。您可以根据滚子轴承的类型在其中施加轴向或径向预紧力。对于预紧轴承,还可以执行预应力分析,以确定转子轴承系统的特征频率和频率响应。

COMSOL Multiphysics 5.6 版用户界面的特写视图,显示了“模型开发器”、“径向滚子轴承”设置,其中展开了“几何属性”和“间隙和预紧力”栏,“图形”窗口显示了坎贝尔图。 显示滚子轴承的预紧力设置的模型快照。

气体轴承动力系数的改进

以前,轴承中的动力系数是通过忽略润滑油的可压缩性影响来计算的。对于液体润滑油,这是一个很好的近似,但对于气体轴承,回旋过程中气体的可压缩性和轴颈加速度的影响对于精确计算动力系数非常重要。现在,气体轴承的动力系数计算可以兼顾这两种影响。

轴承可压缩性影响的一维绘图。 润滑油的可压缩性对轴承刚度的影响。

动力系数的计算组

如果您选择计算轴承的动力系数,则默认情况下会在结果 中自动添加计算组。计算完成后,您可以使用该组在表格中计算动力系数。如果已执行参数化研究,则表格中将显示每个参数值的系数。您可以快速创建一个表格图来研究每个系数相对于所研究参数的变化情况。以下更新的模型演示了这一新功能:滑动轴承动力系数的计算挤压油膜阻尼器的阻尼系数

COMSOL Multiphysics 5.6 版用户界面的特写视图,显示了“模型开发器”、“计算组”设置和“图形”窗口,其中包含无量纲刚度图,并打开了“动力系数”选项卡。 计算轴承的动力系数,其中突出显示“计算组”。

新的教学案例

COMSOL Multiphysics® 5.6 版本的“转子动力学模块”引入了多个新的教学案例。

采用主动磁轴承的电机驱动系统的振动控制

有和没有主动磁轴承耦合时,垂直位移的一维绘图,其中还显示两个三维仿真。 在转子的某个特定位置有和没有主动磁轴承时的振动响应比较,插图显示了这两种特定情况的应力分布。

“案例库”标题:

vibration_control_with_amb

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轴承热损耗在转子中产生的热应力

两个三维转子模型,其中一个用白色到红色的渐变色显示温度,另一个以彩虹颜色表显示应力。 转子中的温度(左)和应力(右)分布图。

“案例库”标题:

rotor_thermal_stress

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变速箱中的振动和噪声建模:轴承版本

变速箱模型,外壳顶部被切除,以显示内部齿轮和轴;其中使用彩虹色显示应力,用黑色箭头表示轴承力。 外壳中的应力,以及齿轮和轴中的速度。轴承力用黑色箭头表示。

“案例库”标题:

gearbox_vibration_noise_bearing

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