非对称布置转子-轴承系统振动特性研究与优化设计

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转子-轴承系统是旋转机械中最基本的部件之一,其广泛应用于车辆、航天等领域。当系统在运行时,往往会受到非常复杂的激励,使系统产生非线性振动,对系统的稳定性和安全性造成挑战。针对对称布置的转子-轴承系统,大量的学者已经进行了研究,然而对于非对称布置的转子-轴承系统研究较少。因此,深入研究非对称布置转子-轴承系统的振动特性能够为该系统的设计、振动抑制和故障诊断提供基础与支持。本文以履带式车辆中的主轴-轴承系统为研究对象,针对系统多激励和非对称布置的问题,开展系统固有特性研究以及系统参数对系统振动特性的影响规律研究,在此基础上,研究系统振动抑制方法。论文主要的工作如下:(1)分别建立了考虑油润滑和不对中的轴承动力学模型以及考虑制造装配因素的花键动力学模型,在此基础上,基于有限元理论,建立了非对称布置转子-轴承系统动力学模型。(2)基于建立的动力学模型,研究了陀螺力矩、轴承刚度、转轴刚度对系统固有特性的影响;采用变步长四阶Runge-Kutta法求解系统方程,通过时频域、相图、庞加莱截面图、分岔图,分别研究了转盘、轴承、花键、发动机激励对系统振动特性的影响。(3)采用Sobol’法研究了系统响应对系统参数的灵敏度,并基于灵敏度结果,采用了NSGA-II遗传算法,优化了系统结构,并使用解析法,求解了阶跃输入下系统的一阶响应,验证了优化结果以及解释了阶跃输入下系统一阶扭转振动原因。
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