【摘要】：傳動軸是旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的重要組成部件。傳動軸對接裝調(diào)及設(shè)備運(yùn)行過程中會產(chǎn)生偶合偏差,嚴(yán)重影響機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行,增大部件的磨損,導(dǎo)致功耗增大甚至發(fā)生軸失效故障。傳動軸偶合在線監(jiān)測技術(shù)成為了現(xiàn)階段的研究熱點(diǎn),但由于缺少偶合偏差與功率損耗關(guān)系的科學(xué)評價(jià)方法,使得現(xiàn)階段在線監(jiān)測技術(shù)往往受制于預(yù)警界限的設(shè)定,開展傳動軸偶合偏差科學(xué)評價(jià)方法與在線監(jiān)測技術(shù)的研究具有重要意義。本文通過研究傳動軸聯(lián)接的偶合偏差與電機(jī)功耗之間的數(shù)學(xué)關(guān)系,建立評價(jià)方程,解決無法評價(jià)傳動軸偶合偏差是否過大的問題,并通過仿真分析和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證�？蔀閭鲃酉到y(tǒng)在線監(jiān)測過程中偶合偏差區(qū)間的設(shè)定提供依據(jù)。根據(jù)分析結(jié)果,提出了基于波前傳感及像差理論的在線監(jiān)測方法。首先,在對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的歸納和總結(jié)的基礎(chǔ)上,建立偶合偏差與傳遞力矩的幾何方程,并通過有限元分析方法建立傳動軸的運(yùn)動方程,進(jìn)而得出動力方程。以偶合偏差、傳遞轉(zhuǎn)矩、彎矩、剪切應(yīng)力為中間變量得到偶合偏差與電磁轉(zhuǎn)矩的數(shù)學(xué)關(guān)系,最終建立偶合偏差與功耗之間的數(shù)學(xué)模型。其次,對傳動軸偶合模型進(jìn)行靜力學(xué)和動力學(xué)仿真分析。動力學(xué)分析表明,電機(jī)起步階段,由于存在偶合偏差,傳動軸會產(chǎn)生周期性交變應(yīng)力。電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行時(shí),靜力學(xué)分析結(jié)果表明傳動軸剪切應(yīng)力值隨偶合偏差呈線性變化。將偶合偏差值所對應(yīng)的剪切應(yīng)力值代入數(shù)學(xué)模型中得到理論功率損耗值,從而獲得偶合偏差值與功率損耗值之間的關(guān)系。再次,通過實(shí)驗(yàn)得到不同偶合偏差的功耗值,與仿真分析結(jié)果進(jìn)行對比,實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果趨勢一致。基于最小二乘法對試驗(yàn)曲線擬合,得到擬合方程并建立軸偶合偏差與功率損耗間的曲線關(guān)系,為在線監(jiān)測預(yù)警界限提供數(shù)據(jù)支撐。最后,以哈特曼傳感技術(shù)為理論基礎(chǔ),利用激光準(zhǔn)直系統(tǒng)、微透鏡陣列及CCD相機(jī)搭建接收裝置,并通過數(shù)字圖像處理方法提取光斑偏移量大小,進(jìn)而分析計(jì)算出傳動系統(tǒng)的線偏差和角偏差,根據(jù)所建立的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)一步評估功耗損失情況,最終實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測。
【圖文】：

是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的一個(gè)重要組成部分，主要用來傳遞轉(zhuǎn)矩、功率。在航空航天等領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用�！敝笌缀侮P(guān)系中兩軸的軸心線不一致時(shí)，產(chǎn)生的不對中偏差[1-3]。生影響設(shè)備運(yùn)行的反作用力，，這種反作用力會在短時(shí)間內(nèi)逐漸增偏差過大時(shí)，則會導(dǎo)致傳動軸與聯(lián)軸器之間振動增加，降低軸傳風(fēng)險(xiǎn)，輕則降低生產(chǎn)效率、能耗增加，重則引發(fā)嚴(yán)重的機(jī)械故障[4-6西部風(fēng)電場發(fā)生一起主軸斷裂導(dǎo)致的風(fēng)電機(jī)葉輪脫落事故，故障由于發(fā)電機(jī)主軸與齒輪箱內(nèi)部聯(lián)軸器之間出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，即偶合效，最終導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的編碼器發(fā)生故障，造成了巨大的損失。能源科技有限公司為了研究偶合偏差對電機(jī)效率的影響，通過電激光對中儀 F830 對一臺 142KW 冷凍水泵進(jìn)行測試，測量結(jié)果重。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)電機(jī)的效率值小于 94.8%（銘牌上效率值為 95.6上）。對傳動系統(tǒng)進(jìn)行對中校準(zhǔn)，重新測試電機(jī)功率，結(jié)果表明:致電機(jī)功率明顯下降，通過及時(shí)調(diào)整偏差值大小能夠減少3%~10%分析結(jié)果如圖 1.1 所示。

mp p p p p p pr = x i + y j + z k（1-5），xp、yp、zp表示位于質(zhì)量中心的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)；ip、jp、kp表示單位矢量。轉(zhuǎn)子的動能表達(dá)式為：{ ( )}22 2 2112p mp mp Dp xp yp Pp zppT m r r I ω ω Iω== + + +（1-6）轉(zhuǎn)子的勢能表達(dá)式為：12ij i ji jV = k q q（1-7）
【學(xué)位授予單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH133.2

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