【摘 要】
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转子不平衡是旋转机械的典型故障之一,有效的动平衡能大幅降低转子振动,对保证机器安全、稳定地运行具有重要意义。对于高速柔性转子,模态动平衡法可在无需试重条件下进行多阶平衡,已成为目前转子动力学研究的热点内容之一。然而,模态动平衡法的配重求解依赖于转子的不平衡参数及其模态振型,模态振型又和轴承的动态特性参数密切相关,往往这些参数在实际工程中都是未知的。鉴于此,针对模态动平衡中的配重求解问题,本文建立了
【基金项目】
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国家重点研发计划项目“高速精密重载人字齿行星传动精度测评与动平衡技术”（No.2018YFB2001504）；
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转子不平衡是旋转机械的典型故障之一,有效的动平衡能大幅降低转子振动,对保证机器安全、稳定地运行具有重要意义。对于高速柔性转子,模态动平衡法可在无需试重条件下进行多阶平衡,已成为目前转子动力学研究的热点内容之一。然而,模态动平衡法的配重求解依赖于转子的不平衡参数及其模态振型,模态振型又和轴承的动态特性参数密切相关,往往这些参数在实际工程中都是未知的。鉴于此,针对模态动平衡中的配重求解问题,本文建立了单轴/双平行轴齿轮-转子系统动力学模型,研究并提出了转子系统不平衡参数和轴承特性参数的同时辨识方法,通过准确识别不平衡参数和轴承特性参数计算模态平衡配重,实现配重后转子振动大幅降低。论文的主要工作如下:（1）建立考虑分布不平衡的齿轮-转子系统有限元动力学模型,并分析了固有特性。以有限元法将齿轮-转子系统离散,采用沿轴向的空间多项式曲线（全局偏心曲线）表征转子任意位置可能存在任意大小的不平衡质量;分别用铁木辛柯梁单元、轴承单元和齿轮啮合单元等效转轴、轴承和处于啮合状态的齿轮;通过虚功原理将转子分布的广义不平衡力转换为节点的集中广义不平衡力,建立了考虑分布不平衡质量的齿轮-转子系统动力学模型,将系统固有特性（固有频率和模态振型）分析以及不平衡响应计算问题总结为一组多自由度系统的运动方程组的求解问题,并进行了分析。（2）提出了单轴转子系统的不平衡参数和轴承特性参数的同时辨识方法,并通过了模态动平衡仿真验证。分析了单轴转子不平衡参数（全局偏心曲线系数）和不平衡响应的关系,并推导全局偏心曲线系数的辨识方程;将动力学模型转换至频域,建立偏心曲线系数和轴承特性参数与不平衡响应的关系,推导偏心曲线系数和轴承特性参数的同时辨识方程,并进行仿真验证;基于辨识结果开展一阶模态动平衡仿真,配重后降振效果明显,验证了该辨识方法及模态动平衡的有效性。（3）将单轴的参数辨识方法推广到双平行轴齿轮-转子系统的模态动平衡,并进行了仿真验证。对于双平行轴齿轮-转子系统,在建立其动力学模型的基础上,将单轴的参数辨识方法和模态动平衡方法进行扩展,考虑齿轮啮合情况分别推导了双平行轴转子系统的不平衡参数辨识方程以及不平衡参数和轴承特性参数的同时辨识方程,通过数值模拟验证了辨识方法的准确性;基于辨识结果进行模态动平衡,配重后系统降振效果明显,验证了参数辨识方法和模态动平衡方法在双平行轴转子系统中的有效性。本文的研究工作为工程实际中的无法/难以添加试重的高速柔性转子的模态平衡提供新方法,同时也为多轴转子系统的模态动平衡提供了理论基础。
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