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研究生:沈暐庭
研究生(外文):Wei-Ting Chen
論文名稱:雙螺桿壓縮機動態分析之研究與模擬
論文名稱(外文):Dynamic Analysis and Simulation of Twin Screw Compressor
指導教授:鄭志鈞
指導教授(外文):Chin-Chun Cheng
學位類別:碩士
校院名稱:國立中正大學
系所名稱:機械工程所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:80
中文關鍵詞:模擬動態雙螺桿壓縮機
外文關鍵詞:Twin screw compressordynamic.simulation
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本文探討壓縮機運轉時,公母轉子嚙合對於公母轉子振動的影響。文中將公母轉子模擬成兩根簡支撐的提姆謝科(Timoshenko Beam)轉軸,使用朗格雷日方法(Lagrange method)推導公母轉子系統運動方程式,探討會隨接觸位置改變的嚙合剛性與轉子偏心對轉子振動的影響,其中公母轉子系統在彼此嚙合與氣體壓力作用下的自然頻率是以高斯法求得,並進一步以羅致庫塔(Runge-Kutta)數值方法求解微分方程式而求得系統的暫態響應,所得之暫態響應再經由傅立葉轉換而得到頻譜響應。此外,利用ANSYS-LSDYNA的有限元素法顯示模擬與探討公母轉子嚙合時之齒面應力與變形隨時間的變化,並導入轉移矩陣的概念,用以了解系統力量的傳遞情形。
The thesis focuses on the investigation of vibration caused by the meshing between the male and female rotors in a twin-screw compressor during operation. The female and male rotors are modeled as two coupled, simply-supported rotating Timoshenko beams due to the fact that both the male and female rotors are stubby. The equations of motion are derived using Lagrange method and then the dynamic characteristics that include natural frequencies and the mode shapes of the meshing rotors subjected to air loading are obtained using Runge-Kutta method. The time and frequency vibration responses caused by the varying meshing stiffness and the unbalance are studied. Moreover, the meshing between the male and female rotors is simulated and the associate contact stress between the meshing teeth and the resulting deformation were investigated using the finite element method package, ANSYS-LSDYNA. Finally, a transfer matrix was developed to model the vibration path from the meshing teeth to the bearing, via the rotating shaft, which can be used as a reference for future experiments.
目 錄
表目錄
圖目錄
第一章 緒論 1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 文獻回顧 2
1-2-1 雙螺桿壓縮機運動 2
1-2-2 轉子嚙合剛性的分析 4
1-2-3 有限元素法模擬 6
1-2-4 轉移矩陣法 6
1-2-5 文獻回顧總結 7
第二章 公母轉子運動方程式 8
2-1 雙螺旋壓縮機概述 8
2-2 雙螺旋壓縮機運動情形 9
2-3 公母轉子運動方程式 9
2-4 假設模態法(Assumed mode method) 11
2-5 偏心效應(Imbalance) 13
2-6 轉子嚙合位能 15
2-7 轉子嚙合剛性 16
2-7-1 接觸線段 17
2-7-2 轉子嚙合剛性(Mesh stiffness) 21
2-8 推導運動方程式 25
第三章 公母轉子系統特性與暫態響應 29
3-1 偏心質量動態響應 30
3-2 變剛性動態響應 35
第四章 有限元素顯式分析 40
4-1 螺旋轉子模型建立 40
4-2 模擬分析設定 43
4-2-1 沙漏效應(Hourglass Effect) 43
4-2-2 接觸設定 45
4-2-3 初始條件和邊界條件的設定 47
4-3 結果 49
第五章 轉移矩陣法(Transfer Matrices) 55
5-1 機械系統 57
5-1-1 次系統:齒元件 57
5-1-2 次系統:齒輪元件 59
5-1-3 次系統:轉軸元件 60
5-1-4 次系統:軸承元件 61
5-2 轉移矩陣 62
5-3 數值模擬結果 64
第六章 結論與未來展望 68
6-1 結論 68
6-2 未來展望 70
附 錄 A 71
參考文獻 77
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