高速转子轴承系统空间不平衡振动抑制技术研究

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常见的旋转机械设备故障有不平衡、不对中、初始弯曲等。在转速升高的过程中,不平衡所激发的离心力变为设备故障的主导因素。旋转机械系统要安全、稳定、可靠的运行就需要对不平衡等故障进行抑制。近年来,学者将重点放在了旋转设备的动平衡方法的创新和空间振动抑制上。  首先,本文构建了五自由度转子-轴承系统有限元模型,并通过仿真和实测振动响应比较进行模型的刚度矩阵修正;通过模态试验进行模型的阻尼矩阵修正,校正有限元模型。利用修正后的有限元模型求解影响系数矩阵,与实验求解的影响系数矩阵对比,验证模型的有效性。通过对转子系统的动力学分析,得出转子系统的全解;对不平衡响应之间的各个角度关系进行分析,并构造多目标优化函数,以实测振动响应和仿真位移响应波形的峰值差值、峰峰值差值以及相位差值作为子目标函数,通过差分进化算法进行不平衡量求解。  其次,本文讨论了转子-轴承系统的空间不平衡抑制方法研究,从空间的角度对转子轴系的振动进行分析,并对轴承基座的振动加以考虑。转轴的位移信号直接反应转子回转精度,而轴承基座的振动则表征着转子-轴承系统的振动失衡能量。基座的振动越大,代表着失衡能量越大。对位移、振动响应进行分析、处理,研究不平衡和转子位移、轴承基座振动的关联关系以及转频椭圆的面积与两者的关系,并构建转子轴承系统的空间残余振动描述函数,通过优化使得残余振动最小。  最后,搭建转子实验平台,编写动平衡测试软件,通过实验验证两种不平衡抑制方法。实验结果表明,基于模型的不平衡识别策略是可行的,差分进化算法可以快速的识别出系统的不平衡量,并且系统的振动得到了有效的抑制。转子-轴承系统的空间不平衡抑制方法可以同时兼顾转轴的回转精度和基座的振动,所建立椭圆面积与不平衡量的关联关系是有效的,系统的振动得到抑制,有着较高的实际应用价值。
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