Dynamic Simulation of a Motor Rig Used for Educational Purposes

Abstract

Rotordynamikk spiller en viktig rolle i en rekke applikasjoner, og professor Terje Rølvåg ved NTNU utvikler et emne for studenter med fokus på dette emnet. Et spesielt aspekt som dekkes i kurset er svingninger og krefter knyttet til en testrigg kalt Bently Nevada RK0. Denne riggen består av en elektrisk motor som driver en aksling koblet til to lagre, med et svinghjul plassert midt på akselen med muligheter til å generere eksentrisk belastning. Hovedmålet med dette prosjektet er å simulere systemet med bruk av forskjellige programvare og sammenligne resultatet med resultatet fra Bently Nevada RK0 testrigg. Analysen involverer analyse av en aksling med eksentrisk last ved bruk av programmene NX og Fedem, sammen med en analytisk løsning implementert i Python. Studien undersøker påvirkning av lageregenskaper som demping og stivhet, samt påvirkningen av maksimal steglengde i tidsplanet i NX simuleringen. Resultatet indikerer at økning i stivhet i lagrene fører til større forskyvning. Imidlertid er forskjellen i egenfrekvensen minimal. Variasjon av dempningsegenskapene påvirker resultatet, som resulterer i økt forskyvning med høyere dempningsverdier. Egenfrekvensen for svingeformene 1 og 2 forblir stort sett uendret, mens for svingeformene 3 og 4 viser lavere verdier ved økt demping. Variasjonen i den maksimale steglengden påvirker den maksimale forskyvningen og egenfrekvensen av systemet. den analytiske løsningen gir lavere frekvens sammenlignet med resultater fra NX og Fedem. Likevel viser frekvensresponsen og Campbell diagrammet lignende tendenser. Ved sammenligning av resultatet fra de forskjellige programvareplattformene er det avvik i egenfrekvens og forskyvninger. Programvaren Fedem produserer de høyeste verdiene for forskyvning og frekvens, mens den analytiske gir den laveste frekvensen. Totalt sett kan det konkluderes med at NX Nastran ennå ikke er fullt utviklet eller godt nok dokumentert til å effektivt løse rotordynamikk-problemet analysert i denne studien.

Rotor dynamics plays a crucial role in numerous applications, and Professor Terje Rølvåg at NTNU is developing a course for students focusing on this subject. One particular aspect covered in the course is oscillations and forces related to a test rig known as Bently Nevada RK0. This rig consists of an electric motor driving a shaft connected by two bearings, with a flywheel placed at the center of the shaft capable of generating an eccentric load. The objective of this project is to simulate the system using two different software platforms and compare the results with those obtained from the Bently Nevada RK0 test rig. The analysis involves studying a shaft with an eccentric load using NX and Fedem software, along with an analytical solution implemented in Python. The study examines the influence of bearing properties, such as damping and stiffness, as well as the impact of the maximum time step size in NX simulations. The results indicate that increasing the stiffness of the bearings leads to larger displacements. However, the differences in eigenfrequency are minimal. Varying the damping properties affects the results, resulting in increased displacement with higher damping values. The eigenfrequency of modes 1 and 2 remain largely unchanged, while modes 3 and 4 exhibit lower values with increasing damping. The variation in the maximum time step size affects both the maximum displacement and eigenfrequency of the system. The analytical solution yields lower frequencies compared to the software simulations. Nevertheless, the frequency responses and Campbell diagram demonstrate similar trends. When comparing the results obtained from the different software platforms, there are discrepancies in eigenfrequencies and displacements. Fedem software produces the highest values for displacement and frequency, while the analytical solution yields the lowest frequency results. Overall, it can be concluded that the NX solver is not yet fully developed or mature enough to effectively solve the specific problem of rotor dynamics analyzed in this study.