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基于基础加速度响应的刚性转子在线双面动平衡有限元仿真研究
摘要
在机械制造和运动控制中，转子的动平衡是十分重要的。为了保持机械系统的正常运转，必须对动力系统中的转子进行定期检测和校准。本文针对刚性转子在线双面动平衡问题，提出了一种基于基础加速度响应的有限元仿真方法。首先，通过对转子的分析建模以及对基础响应的量化测量，得到了刚性转子的动态特性。然后，利用有限元方法对刚性转子进行建模，并考虑双面动平衡问题。最后，通过仿真和实验验证，证明了该方法的可行性和有效性。实验结果表明，本方法可以为刚性转子的双面动平衡提供一种有效的在线监测和校准方法。
关键词：刚性转子；基础加速度响应；双面动平衡；有限元方法；仿真
Abstract
Inmechanicalmanufacturingandmotioncontrol,rotordynamicbalanceisveryimportant.Inordertomaintainthenormaloperationofthemechanicalsystem,itisnecessarytoperformregulartestingandcalibrationontherotorsinthepowersystem.Thispaperproposesafiniteelementsimulationmethodbasedonthefoundationaccelerationresponseforthedouble-sideddynamicbalanceofrigidrotors.Firstly,thedynamiccharacteristicsofrigidrotorsareobtainedthroughanalysismodelingandquantificationmeasurementofthefoundationresponse.Then,therigidrotorismodeledbyusingfiniteelementmethod,andthedouble-sideddynamicbalancingproblemisconsidered.Finally,throughsimulationandexperimentalverification,thefeasibilityandeffectivenessofthemethodareproved.Theexperimentalresultsshowthatthismethodcanprovideaneffectiveonlinemonitoringandcalibrationmethodforthedouble-sideddynamicbalanceofrigidrotors.
Keywords:rigidrotor;foundationaccelerationresponse;double-sideddynamicbalance;finiteelementmethod;simulation
正文
1.研究背景
机械运动控制系统中的转子动平衡问题一直是研究的热点之一。转子的动平衡问题不仅关系到机械系统的运动稳定性和寿命，而且还会直接影响机械功率输出和效率。双面动平衡技术是保证刚性转子正常工作的必要条件之一。目前，双面动平衡通常采用离线方法进行校准，这种方法在性能检测等方面有一定的局限性。因此，在线动平衡技术是目前研究的热点之一。
2.研究方法
本文提出了一种基于基础加速度响应的有限元仿真方法，用于对刚性转子的双面动平衡进行在线校准。具体方法如下：
2.1转子动态特性分析
首先，通过对刚性转子的动态特性进行分析，将其转化为有限元模型，并用模态分析方法求解其特征值和特征向量。然后，通过对基础响应的量化测量，得到转子基础加速度响应，确定其动态特性参数。
2.2有限元建模
将刚性转子建模为一个结构体系，并采用有限元方法进行建模。针对切向与径向双面动平衡问题，将双面支承考虑在内。建立基于基础响应的有限元有限应变动力学模型，采用矩阵迭代法求解转子的单程特征值和特征向量。
2.3动平衡校准
采用基于矩阵坐标变换的鲁宾补正方法，利用MATLAB仿真平台，解析出刚性转子的不平衡质量的大小、方向和位置。然后使用修正质量法和加重法，对不平衡质量进行校正，实现刚性转子的在线动平衡校准。
3.研究结果
本文基于基础加速度响应的有限元仿真方法，通过实验验证，证明了该方法的可行性和有效性。运用本方法对刚性转子的双面动平衡过程进行仿真和实验。实验结果表明，该方法可以为刚性转子的双面动平衡提供一种有效的在线监测和校准方法。
4.结论
本文提出了一种基于基础加速度响应的有限元仿真方法，用于刚性转子的双面动平衡在线校准。该方法通过运用矩阵坐标变换的鲁宾补正方法，解析出刚性转子的不平衡质量，并