一种跨二阶柔性转子无试重模态平衡方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaApr．252014V01．35No．410t9—1025ISSN1000—6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．CR一种跨二阶柔性转子无试重模态平衡方法刘钢旗1，郑龙席1’*，梅庆2，黄晶晶11．西北工业大学动力与能源学院，陕西西安7100722．中航工业航空动力机械研究所航空发动机振动技术航空科技重点实验室，湖南株洲412002摘要：为解决传统柔性转子动平衡方法需

2、要添加试重、多次启动的问题，发展了一种基于无试重模态动平衡方法的柔性转子二阶动平衡方法。该方法得益于转子有限元建模技术的发展，通过SamcefRotor获取转子平衡所需的各阶模态，结合测量所得参考点的振动信息，利用无试重模态动平衡方法计算得出平衡所需的配重大小和方位。运用该方法对试验转子分别进行了一阶和二阶平衡，每次平衡只需开车一次，平衡后一阶振幅下降59．44％，二阶振幅下降97．56％。试验结果表明：该方法可有效降低转子不平衡振动，减少平衡开车次数，大大提高了转子的平衡效率。关键词：柔性转子；试重；模态平

3、衡；SamcefRotor；模态振型中图分类号：V231．96；TBl23文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)04—1019—07转子系统是旋转机械的重要组成部分，转子系统的振动大小决定着旋转机械的工作性能和结构安全。减小转子振动的主要措施之一就是对其进行动平衡[1]。传统的动平衡方法包括模态平衡法和影响系数法心。3]。这两种方法平衡时都需添加试重、多次启动，平衡工序复杂，平衡效率低，同时由于需要添加试重，要求技术人员具有丰富的平衡经验。为了克服这些缺点，有必要研究一种无需添加试重的动平衡方

4、法。无试重动平衡方法与传统动平衡方法相比，对转子实施动平衡时不需添加任何试重，可减小发动机转子开启次数，降低平衡风险，提高平衡效率。故国内外学者相继开展了无试重动平衡理论与方法研究：国外Morton‘41和Gnielka‘51率先提出了无试重动平衡方法，该方法用于阻尼较大的油膜轴承时效果较差，这主要是和油膜轴承的动力参数随转速而发生变化有关；PalazzoloE6。、WieseL70和Kreuzinger∞1等开展了基于模态平衡方法的无试重平衡理论与试验研究，该文只完成了转子的一阶无试重动平衡；国内Tan和W

5、ang[9]结合模态平衡法和影响系数法，提出了一种低速转子的无试重动平衡方法，同样这种方法在转子高速动平衡应用中有一定的局限性；徐宾刚等u叫开展了基于影响系数法的柔性转子无试重动平衡理论与方法研究，该方法通过计算选定测点在指定转速上的不平衡响应以及试验测量的原始不平衡振动量，利用遗传算法进行配重的优化搜索，从而平衡相应转速下的转子振动，但也只进行了转子的一阶平衡。本文在郑龙席等口卜12]所完成的柔性转子无试重模态动平衡方法与试验基础上，结合最小二乘法、有限元计算结果以及试验测量所得数据进行了跨二阶转子多转速、

6、多平面的无试重动平衡收稿日期：2013—10-16；退修日期：2013-11—28；录用日期：2013．12．27；网络出版时间：2014．01-0919：28网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／S1000．6893．20130496html基金项目：航空科学基金(20112153019)*通讯作者．Tel：029—88492414E-mail：zhenglx@nwpu．edu．CR翮角搭武sLiuGQ·ZhengLX，MeiQ·etal．Balancingmethodofflexi

7、blerotoracrosssecondorderwithouttrialweights[J)．ActaAeronau．ticaetAstronauticaSinicat2014，35(4)：1019—1025朗钢攮．郄龙席．梅痰．等．一种跨二阶柔性转子无试重横态平衡方法!如．航空学撮．2014，35(4)：t019—1025．航空学报Apr．252014V01．35No．4试验研究。1无试重动平衡理论与方法根据有关转子动力学m1知识，柔性转子的振动可按转子各阶主振型表示为u(z，f)一∑u，(z，￡)一∑q

8、，(￡)移(z)式中：挖为转子的模态数；秭(z)为转子自由响应的第r阶复模态在轴向位置z处的值(即不考虑支承组件与转子振动的耦合)；矾(z)为待定系数；u，(之，￡)为转子系统第r阶模态在轴向位置z处的值，它可表示为巩(z，f)一z，(z，￡)+iy，(z，￡)(1)式中：z，(z，￡)和y，(z，f)分别为由试验测量得到的转子r阶模态水平和垂直方向上的振动分量。同样可将吼(z)表示为弘(z)一体，