滚动轴承刚度及转子系统动力学网络计算系统的设计和实现_百度文

1、*基金项目: 博士学科点专项科研基金(20030698005,20050698016作者简介:朱爱斌(1975-,男,博士研究生,讲师,主要研究方向是现代设计和知识获取。E-mail: abzhu滚动轴承刚度及转子系统动力学网络计算系统的设计和实现朱爱斌 彭祥多 谢友柏(西安交通大学润滑理论及轴承研究所,陕西西安 710049摘要:分析了基于MATLAB 的网络远程程序调用的方法。根据浏览器/服务器架构分析了滚动轴承刚度及转子系统动力学网络计算系统的系统结构框架,并实现了滚动轴承刚度估算模块,滚动轴承静刚度和动刚度计算模块,转子系统稳定性计算和转子系统临界转速计算模块。该系统能够有效地实现滚动

2、轴承及转子系统产品设计资源的共享和资源的利用效率。关键词:产品设计;浏览器/服务器;滚动轴承;转子系统 中图分类号:TH122 文献标示码:ADesign and Realization of Rolling Bearing Stiffness & RotorSystem Dynamics Network Calculating SystemZhu Aibin Peng Xiangduo Xie Youbai(Theory of Lubrication and Bearing Institute of Xi'an Jiaotong University, Xian 710049

3、, ChinaAbstract: The issues on network remote application invoking method based on Matlab was analyzed. System architecture of rolling bearing stiffness & rotor system dynamics network calculating system was advanced, and rolling bearing stiffness estimating module, static stiffness and dynamic

4、stiffness calculating module, rotor system stability calculating and critical speed calculating module were realized. The system can effectively share rolling bearing stiffness and rotor system calculating resources in network and improve the efficiency of resource utilization. Keywords: product des

5、ign; browser/server; rolling bearing; rotor system在现代产品的设计开发中,产品的设计是面向用户需求的设计,产品的需求多样化、个性化和快速化。要在市场竞争中取胜,就必须对产品进行创新设计,或者说创新设计是产品设计的灵魂1。新知识在现代产品设计中的应用将会非常重要,设计人员在网络环境下进行产品的创新设计将是现代产品设计的趋势。对滚动轴承刚度及转子系统动力学计算来说,以往设计人员对设计知识的获取是自学自用,这样没有有效的共享已有的设计资源,并且利用效率也低下。本文基于互联网上知识服务的理念实现滚动轴承刚度及转子系统动力学设计资源在Internet 环

6、境下的调用,实现资源共享和提高资源的利用效率。 1 系统设计一般在转子动力学分析中,需要了解支承轴承的支承特性,对于滚动轴承而言,即其刚度特性和阻尼特性,而在滚动轴承中,刚度既有接触刚度也有油膜刚度,轴承刚度由二者串联而成。由于到目前还没有系统完整的滚动轴承动力特性分析方法与数据可供参考,通常采用某些经验公式作估算23。根据分析应用的需求,滚动轴承刚度及转子系统动力学特性计算软件的系统功能结构框架如图1所示。 2 滚动轴承刚度及转子系统动力学远程计算程序的实现2.1基于MATLAB 的远程程序调用方法45MATLAB 语言以矩阵为基本的数据类型,利用Matlab 语言可以方便的实现大型矩阵的运

7、算。MATLAB 还提供基于WEB 应用的网络服务功能。在MATLAB5.3以上的版本工具箱里,增加了基于Web 应用工具,通过基于MATLAB的Web应用,能使世界各地的用户通过Internet将数据发送给MATLAB Web服务器,借助MATLAB强大的计算与图形展示功能,获得计算的结果和相应的图形。要使用MATLAB Web应用工具,必须要有以下两个条件,一是MATLAB Web服务器,它负责管理Web应用与MATLAB之间的通讯。它实际上是一个多线程的符合TCP/IP协议的可执行应用程序MatlabServer.exe,是MATLAB应用程序运行的服务器环境;二是Web服务代理,相当于

8、MATLAB Web服务器的客户端,一个可执行程序matWeb.exe,同时也是通过CGI调用的程序,它将所有对MATLAB的请求重新定向到MatlabServer.exe进行处理。本程序基于B/S(Browser/Server的Matlab远程程序调用中,MATLAB WebServer通过调用Matlab应用程序来完成后台运算任务,而运算所需要的原始数据则由ASP技术实现的Web网页表单文件提供。Matlab WebServer、MATLAB应用程序文件和Web网页表单文件三者的联系如图2所示。根据相应的计算任务有不同的功能模块:滚动轴承静刚度计算;滚动轴承动刚度计算;转子系统稳定性计算;

9、转子系统临界转速计算。 2.2 滚动轴承刚度估算模块滚动轴承刚度估算模块是根据已有的经验公式近似计算径向刚度,虽然计算结果较为粗略,但输入的参数较少,计算方便,在页面的表单中输入轴承的几何和载荷参数,提交计算后即可返回轴承的变形量和刚度值。如图3所示。2.3 滚动轴承静刚度和动刚度计算模块静刚度计算模块是在赫兹接触理论的基础上,从理论上推导计算轴承内部的载荷分布及刚度的理论解。但基于的假设条件是:滚动轴承稳定运行而且转速不高,因此钢球或滚子所产生的离心力和陀螺力矩很小,对滚动体的载荷分布不会有显著的影响。在分析滚动轴承的载荷分布时即使忽略这些影响仍能得到 图3 刚度估算输入输出界面满意的结果。

10、如图4所示,在输入界面中首先选择轴承的类型并输入有关参数,提交计算任务后即可,如图5所示输出结果中包含滚动体的角位置、每个角位置上滚动体的载荷及变形量的大小和轴承刚度。 图4 静刚度计算界面 图5 静刚度计算输出结果滚动轴承动刚度计算同样在赫兹接触理论的基础上进行轴承特性参数的理论求解,但与静刚度计算最大的不同在于考虑了滚动体离心力和陀螺力矩的影响。计算结果更适合于高速运转的轴承。2.4 转子系统稳定性计算转子系统稳定性计算以轴承-转子系统的离散化计算模型为依据,构建系统作自由振动的二阶方程,求解方程的特征值和特征向量,根据解的特征判定系统的稳定性。对滚动轴承而言因为交叉刚度和阻尼的影响较弱,

11、系统的稳定性不存在问题。因而此计算模块可适用于以滑动轴承支撑的转子系统的稳定性的计算。其输入界面中的输入参数有轴承的特性参数,另外的输入参数为转子系统的一些结构参数,如图6所示。输出结果页面中有系统方程复数解的实部和虚部、稳定性的判定结果。如图7所示。 图6 稳定性计算输入界面 图7 稳定性计算结果输出界面2.5 转子系统临界转速计算模块临界转速计算模块和稳定性计算相似,其任务是求解系统方程,得出系统的固有频率和临界转速,绘制相应的模态振型曲线。其输入界面与稳定性计算相同,输出页面如图8所示。 图8 临界转速计算结果输出界面3 结束语本计算系统可以通过Internet调用,调用方便,对调用人员的要求不高,一般的专业设计人员就可以调用。根据计算类型的不同输入有关参数,返回计算结果,在滚动轴承的选型及转子系统的动力学分析计算中是较好的参考依据。同时实现了滚动轴承及转子系统设计资源在网络环境下的调用。参考文献1 谢友柏.知识服务-互联网上合作设计的基础.中国机械工程J,2002,(2:290294.2 王刚,郭茂林.航天航空滚动轴承刚度J.哈尔滨工业大学学报.2001,30(5:644645.3 万长森.滚动轴承的分析方法M.北京:机械工业出版社,1985.4 何强,何英.MATLAB扩展编程M. 北京:清华大学出版社,2002.5 Zhao Ai-Ping, Yu Lie, Xi