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碟形弹簧在潜油电机中使用的动态力学分析

  潜油电机是一种立式悬挂电机,为承受转子的重力,使电机转子在固定的位置工作,电机上部有一个止推轴承。止推轴承由动块和静块两部分组成,动块为钢件,经表面淬火精磨,静块为锡磷青铜件。止推轴承对电机工作性能和使用寿命有着举足轻重的影响,然而机组的振动尤其是电机中节和下节的振动比较剧烈,严重影响了动块和静块之间油膜的形成。为了改善潜油电机特别是大功率潜油电机止推轴承的工况,在静块底部设计安装了碟形弹簧。采用有限元仿真计算其动力学特性,可以帮助设计者提高碟形弹簧的性能。
  碟形弹簧是具有分布质量和分布柔度的弹性体,在进行动力学分析的时候为了更加准确的计算其特性,将其看作弹性体而不是刚体来进行运功状态和受力状态研究。首先假设碟形弹簧材料均由,机械性质均一切各向同性,碟形弹簧的各物理参数,例如质量和刚度都具有连续分布的性质。描述连续弹性体的动力学方程是偏微分方程,求解困难。为此将碟形弹簧看成是由若干个基本单元在节点彼此相连接的组合体,从而使一个无限自由度的连续体问题变成一个有限自由度的离散系统问题。离散系统只有有限个自由度,描述其运动的动力学方程为常微分方程,求解较为容易。
 碟形弹簧属于轴对称体,其几何尺寸及材料性质沿旋转方向没有变化,轴对称弹性体的分析是一个三维问题。如果外力是轴对称分布,则其变形和应力也必然是轴对称分布的,故可由任意一纵向剖面来代表,因此相当于一个二维情况。在有限元分析时,采用轴对称平面单元,可以大大降低建模和分析的时间,降低对计算机性能的要求。

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