滾動軸承剛度及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)_百度文

1、*基金項(xiàng)目: 博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金(20030698005,20050698016作者簡介:朱愛斌(1975-,男,博士研究生,講師,主要研究方向是現(xiàn)代設(shè)計(jì)和知識獲取。E-mail: abzhu滾動軸承剛度及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)朱愛斌 彭祥多 謝友柏(西安交通大學(xué)潤滑理論及軸承研究所,陜西西安 710049摘要:分析了基于MATLAB 的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程程序調(diào)用的方法。根據(jù)瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)分析了滾動軸承剛度及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架,并實(shí)現(xiàn)了滾動軸承剛度估算模塊,滾動軸承靜剛度和動剛度計(jì)算模塊,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性計(jì)算和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊。該系統(tǒng)能夠有效地實(shí)現(xiàn)滾動

2、軸承及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)資源的共享和資源的利用效率。關(guān)鍵詞:產(chǎn)品設(shè)計(jì);瀏覽器/服務(wù)器;滾動軸承;轉(zhuǎn)子系統(tǒng) 中圖分類號:TH122 文獻(xiàn)標(biāo)示碼: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在現(xiàn)代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)中,產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是面向用戶需求的設(shè)計(jì),產(chǎn)品的需求多樣化、個(gè)性化和快速化。要在市場競爭中取勝,就必須對產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì),或者說創(chuàng)新設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的靈魂1。新知識在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用將會非常重要,設(shè)計(jì)人員在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)將是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)的趨勢。對滾動軸承剛度及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)計(jì)算來說,以往設(shè)計(jì)人員對設(shè)計(jì)知識的獲取是自學(xué)自用,這樣沒有有效的共享已有的設(shè)計(jì)資源,并且利用效率也低下。本文基于互聯(lián)網(wǎng)上知識服務(wù)的理念實(shí)現(xiàn)滾動軸承剛度及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)設(shè)計(jì)資源在Internet 環(huán)

6、境下的調(diào)用,實(shí)現(xiàn)資源共享和提高資源的利用效率。 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般在轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析中,需要了解支承軸承的支承特性,對于滾動軸承而言,即其剛度特性和阻尼特性,而在滾動軸承中,剛度既有接觸剛度也有油膜剛度,軸承剛度由二者串聯(lián)而成。由于到目前還沒有系統(tǒng)完整的滾動軸承動力特性分析方法與數(shù)據(jù)可供參考,通常采用某些經(jīng)驗(yàn)公式作估算23。根據(jù)分析應(yīng)用的需求,滾動軸承剛度及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性計(jì)算軟件的系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。 2 滾動軸承剛度及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)遠(yuǎn)程計(jì)算程序的實(shí)現(xiàn)2.1基于MATLAB 的遠(yuǎn)程程序調(diào)用方法45MATLAB 語言以矩陣為基本的數(shù)據(jù)類型,利用Matlab 語言可以方便的實(shí)現(xiàn)大型矩陣的運(yùn)

7、算。MATLAB 還提供基于WEB 應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能。在MATLAB5.3以上的版本工具箱里,增加了基于Web 應(yīng)用工具,通過基于MATLAB的Web應(yīng)用,能使世界各地的用戶通過Internet將數(shù)據(jù)發(fā)送給MATLAB Web服務(wù)器,借助MATLAB強(qiáng)大的計(jì)算與圖形展示功能,獲得計(jì)算的結(jié)果和相應(yīng)的圖形。要使用MATLAB Web應(yīng)用工具,必須要有以下兩個(gè)條件,一是MATLAB Web服務(wù)器,它負(fù)責(zé)管理Web應(yīng)用與MATLAB之間的通訊。它實(shí)際上是一個(gè)多線程的符合TCP/IP協(xié)議的可執(zhí)行應(yīng)用程序MatlabServer.exe,是MATLAB應(yīng)用程序運(yùn)行的服務(wù)器環(huán)境;二是Web服務(wù)代理,相當(dāng)于

8、MATLAB Web服務(wù)器的客戶端,一個(gè)可執(zhí)行程序matWeb.exe,同時(shí)也是通過CGI調(diào)用的程序,它將所有對MATLAB的請求重新定向到MatlabServer.exe進(jìn)行處理。本程序基于B/S(Browser/Server的Matlab遠(yuǎn)程程序調(diào)用中,MATLAB WebServer通過調(diào)用Matlab應(yīng)用程序來完成后臺運(yùn)算任務(wù),而運(yùn)算所需要的原始數(shù)據(jù)則由ASP技術(shù)實(shí)現(xiàn)的Web網(wǎng)頁表單文件提供。Matlab WebServer、MATLAB應(yīng)用程序文件和Web網(wǎng)頁表單文件三者的聯(lián)系如圖2所示。根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算任務(wù)有不同的功能模塊:滾動軸承靜剛度計(jì)算;滾動軸承動剛度計(jì)算;轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性計(jì)算;

9、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算。 2.2 滾動軸承剛度估算模塊滾動軸承剛度估算模塊是根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)公式近似計(jì)算徑向剛度,雖然計(jì)算結(jié)果較為粗略,但輸入的參數(shù)較少,計(jì)算方便,在頁面的表單中輸入軸承的幾何和載荷參數(shù),提交計(jì)算后即可返回軸承的變形量和剛度值。如圖3所示。2.3 滾動軸承靜剛度和動剛度計(jì)算模塊靜剛度計(jì)算模塊是在赫茲接觸理論的基礎(chǔ)上,從理論上推導(dǎo)計(jì)算軸承內(nèi)部的載荷分布及剛度的理論解。但基于的假設(shè)條件是:滾動軸承穩(wěn)定運(yùn)行而且轉(zhuǎn)速不高,因此鋼球或滾子所產(chǎn)生的離心力和陀螺力矩很小,對滾動體的載荷分布不會有顯著的影響。在分析滾動軸承的載荷分布時(shí)即使忽略這些影響仍能得到 圖3 剛度估算輸入輸出界面滿意的結(jié)果。

10、如圖4所示,在輸入界面中首先選擇軸承的類型并輸入有關(guān)參數(shù),提交計(jì)算任務(wù)后即可,如圖5所示輸出結(jié)果中包含滾動體的角位置、每個(gè)角位置上滾動體的載荷及變形量的大小和軸承剛度。 圖4 靜剛度計(jì)算界面 圖5 靜剛度計(jì)算輸出結(jié)果滾動軸承動剛度計(jì)算同樣在赫茲接觸理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行軸承特性參數(shù)的理論求解,但與靜剛度計(jì)算最大的不同在于考慮了滾動體離心力和陀螺力矩的影響。計(jì)算結(jié)果更適合于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承。2.4 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性計(jì)算轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性計(jì)算以軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的離散化計(jì)算模型為依據(jù),構(gòu)建系統(tǒng)作自由振動的二階方程,求解方程的特征值和特征向量,根據(jù)解的特征判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對滾動軸承而言因?yàn)榻徊鎰偠群妥枘岬挠绊戄^弱,

11、系統(tǒng)的穩(wěn)定性不存在問題。因而此計(jì)算模塊可適用于以滑動軸承支撐的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性的計(jì)算。其輸入界面中的輸入?yún)?shù)有軸承的特性參數(shù),另外的輸入?yún)?shù)為轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的一些結(jié)構(gòu)參數(shù),如圖6所示。輸出結(jié)果頁面中有系統(tǒng)方程復(fù)數(shù)解的實(shí)部和虛部、穩(wěn)定性的判定結(jié)果。如圖7所示。 圖6 穩(wěn)定性計(jì)算輸入界面 圖7 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果輸出界面2.5 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊和穩(wěn)定性計(jì)算相似,其任務(wù)是求解系統(tǒng)方程,得出系統(tǒng)的固有頻率和臨界轉(zhuǎn)速,繪制相應(yīng)的模態(tài)振型曲線。其輸入界面與穩(wěn)定性計(jì)算相同,輸出頁面如圖8所示。 圖8 臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算結(jié)果輸出界面3 結(jié)束語本計(jì)算系統(tǒng)可以通過Internet調(diào)用,調(diào)用方便,對調(diào)用人員的要求不高,一般的專業(yè)設(shè)計(jì)人員就可以調(diào)用。根據(jù)計(jì)算類型的不同輸入有關(guān)參數(shù),返回計(jì)算結(jié)果,在滾動軸承的選型及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)分析計(jì)算中是較好的參考依據(jù)。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了滾動軸承及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)資源在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的調(diào)用。參考文獻(xiàn)1 謝友柏.知識服務(wù)-互聯(lián)網(wǎng)上合作設(shè)計(jì)的基礎(chǔ).中國機(jī)械工程J,2002,(2:290294.2 王剛,郭茂林.航天航空滾動軸承剛度J.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2001,30(5:644645.3 萬長森.滾動軸承的分析方法M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1985.4 何強(qiáng),何英.MATLAB擴(kuò)展編程M. 北京:清華大學(xué)出版社,2002.5 Zhao Ai-Ping, Yu Lie, Xi