转子不平衡动态响应分析

转子不平衡动态响应分析

李琼

长安大寨组

摘要：动平衡技术是建立在对转予系统的不平衡响应规律性认识的基础上的，而动平衡测试主要是从转子系统的振动信号中提取反映不平衡量的特征信息。因此，深入分析各种转子的不平衡动态响应，考察其稳态响应，特别是瞬态响应与不平衡量及转子系统参数的关系，有利于选择合适的动平衡方法，确定各种动平衡技术的适用参数范围和工作条件。

关键词：动平衡技术；动力学方程；滤波法；

针对线性、定常系统及其响应分析的方法很多，然而，这些方法基本上都是针对转子系统设计分析的。相对来说，研究变转速状态下转子动力学瞬态特性的文献比较少，而研究变转速状态下转予不平衡动态响应的文献更少。因此，本文将从转子动力学的角度出发，针对平面转子、刚性转子、挠性转子等典型转子系统，通过建立其动力学数学模型，采用理论分析与数值仿真相结合的方法，深入分析其不平衡动态响应，以及各种参数对不平衡响应的影响。

1、动平衡技术的研究

动平衡技术是建立在对转予系统的不平衡响应规律性认识的基础上的，而动平衡测试主要是从转子系统的振动信号中提取反映不平衡量的特征信息。因此，深入分析各种转子的不平衡动态响应，考察其稳态响应，特别是瞬态响应与不平衡量及转子系统参数的关系，有利于选择合适的动平衡方法，确定各种动平衡技术的适用参数范围和工作条件。保持转子支承的阻尼仍取较大值，增大角加速度，恒加速不平衡响应和稳态响应的差异又变得明显，这说明变速情况下的不平衡响应除了受支承阻尼的影响外，还和角加速度有关。较大的转速波动和较小的系统阻尼，会使得转子变速不平衡响应与稳态响应产生显著差异，这一点对平衡操作来讲非常重要，必须在转子动平衡的过程中加以考虑。

2、转子的动力学方程的应用

根据转子的动力学方程，建立了转子系统稳态和瞬态不平衡响应的数值仿真模型，

并从动平衡技术的角度出发，对平面转子、刚性转子、挠性转子等典型转子系统的稳态和瞬态不平衡响应进行了理论分析和数值仿真。重点比较分析了在变转速条件下转子系统参数对转子瞬态不平衡响应的主要影响规律，讨论了这些规律对动平衡工程实践的影响。研究结果表明：

(1)在恒定转速时，在不考虑转子系统非线性效应的前提下，不平衡引起的离心力产生与转速同频率的振动信号，且振动幅值与不平衡量成正比。可以通过对转予同频振动分量的测量，来获得转子不平衡量的分布信息，进而采取加重或去重等措施来减小和消除不平衡量引起的振动。

(2)在恒加速条件下，转子同频振动分量与转子的转速、支承阻尼等因素密切相关。当角加速度较小且阻尼较大时，其瞬态响应对转速的波动不敏感；而当角加速度较大或阻尼较小时，恒加速不平衡晌应与稳态响应在临界转速附近产生了明显的差异，表现出显著的临界转速上移、临界转速振幅减小、拍频等现象。此时，在对转予进行动平衡时，应当根据转子的具体情况，合理选择平衡转速、动平衡测量方法和平衡方案，才能更好地完成对转子的平衡。

不平衡量与转子同频振动分量呈线性关系。但由于支承转子的轴承、结构以及环境等的影响，不平衡转子旋转产生的实际转轴振动信号中，除包含同频振动分量外，通常都包含有很多的噪声，特别是当不平衡量很小时，信噪比很低。而且转子转速有时是不恒定的，由不平衡离心力引起的转轴振动信号频率会随着转速的变化而改变。通常情况下，转速波动以及振动信号中的干扰噪声对动平衡的测试精度影响很大。因此，如何从振动信号中提取出仅与转速同频的振动分量是不平衡测量中需解决的一个重要问题。3、浅谈滤波法

研究这一问题对提高不平衡测量的精度和速度有重大意义。滤波是从强干扰中提取不平衡量引起的振动信号的有效手段。由于转子转速的不稳定．相应地，还要求动平衡测试系统中的滤波器不仅要有极窄的带宽，而且要能跟踪转速的变化。

目前动平衡测试系统中应用最多的窄带跟踪滤波器主要有瓦特表。瓦特表是一种机械式乘法滤波器，其带宽有限，而且在低频时会出现光点晃动。常规模拟带通滤波器的中心频率等参数不易调节。若仅依赖数字滤波技术，由于受泄漏、混迭等因素影响，难以达到高精度动平衡测试对滤波速度和精度的要求。因此，将深入研究模拟窄带跟踪滤波技术，以抑制振动噪声及转速波动对测试精度的影响。动平衡测试系统中的窄带跟踪

滤波技术对精度和速度都有重要影响，滤波方法，设计研制了一种新的开关电容模拟窄带跟踪滤波器。

总结：对动平衡测试中的主要关键技术问题——模拟窄带跟踪滤波技术和回转件的动平衡设计计算进行了探讨，得到了一些有益的结论，为高精度动平衡测试打下了良好的基础。除了滤波技术，平衡控制策略也对动平衡效果有显著影响。

参考文献

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[2] 汪希萱，曾胜．电磁式在线自动平衡系统及其动平衡方法研究．热能动力工程，2003，18(1)：53-57

[3] 屈梁生，邱海．全息动平衡技术：原理与实践．中国机械工程，1998，9(1)：60-63