[发明专利]一种用于转子-轴承弯扭耦合系统的参数优化方法

说明书

本发明公开了一种用于转子‑轴承弯扭耦合系统的参数优化方法，包括：通过引入转子‑轴承弯扭耦合系统的横向振动、垂直振动和绕主轴的旋转运动建立转子‑轴承弯扭耦合动力学模型；采用正交试验设计法进行灵敏度分析，综合分析多个系统参数对转子‑轴承弯扭耦合系统振动载荷和振动能量的影响规律，并归纳出灵敏度显著的系统参数；分析灵敏度显著的系统参数对转子‑轴承弯扭耦合系统在不同工况下的影响规律，对灵敏度显著的系统参数进行参数优化，得到使转子‑轴承弯扭耦合系统在相应工况下性能最优的系统参数。本发明克服了转子‑轴承系统参数优化考虑因素不全面的技术问题，利用参数优化可以得到使系统在相应工况下性能最优的设计参数。

技术领域

本发明涉及机械系统动力学技术领域，具体是涉及一种用于转子-轴承弯扭耦合系统的参数优化方法。

背景技术

转子-轴承系统通常为一种弯扭耦合的非线性系统，是旋转机械系统中的主要组成部分。转子-轴承系统的振动特性对整个系统的功能实现和可靠性起着至关重要的作用，尤其对于传动系统具有非对称结构的特种车辆，当车辆启停、换挡和转向时，会使转子-轴承系统的主轴两端受到非对称交变载荷和冲击载荷作用，往往会造成主轴一端因为受到过大的载荷而出现疲劳断裂，导致整个车辆无法正常工作。可见，转子-轴承系统参数是影响特种车辆传动性能的关键。因此，对转子-轴承系统进行灵敏度分析和参数优化具有重要的工程意义。

转子-轴承系统运行工况复杂，运行过程中承受着剧烈振动。为了降低系统承受的振动载荷和振动能量，提高转子-轴承系统的工作性能和寿命，对转子-轴承系统进行灵敏度分析和参数优化至关重要。在参数优化过程中需要考虑的参数较多，有些参数对振动和动载荷影响并不大，如对所有参数直接进行优化会极大地增加工作量。因此，需要在进行参数优化设计之前，对转子-轴承系统的振动载荷和振动能量进行灵敏度分析，筛选出灵敏度较高的优化变量，在一定程度上简化参数优化模型，提高优化速度。为实现传动系统的动、静态综合设计提供重要的理论指导。然而，现有的转子-轴承系统灵敏度分析与参数优化方法，很少考虑弯曲振动和扭转振动的耦合对参数灵敏度的影响，参数优化考虑因素不全面，同时现有的参数优化算法的还存在计算效率低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于转子-轴承弯扭耦合系统的参数优化方法，以解决现有技术中转子-轴承系统灵敏度分析与参数优化考虑因素不全面的技术问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于转子-轴承弯扭耦合系统的参数优化方法，包括：

通过引入转子-轴承弯扭耦合系统的横向振动、垂直振动和绕主轴的旋转运动建立转子-轴承弯扭耦合动力学模型；

采用正交试验设计法进行灵敏度分析，综合分析多个系统参数对转子-轴承弯扭耦合系统振动载荷和振动能量的影响规律，并归纳出灵敏度显著的系统参数；

分析灵敏度显著的系统参数对转子-轴承弯扭耦合系统在不同工况下的影响规律，对灵敏度显著的系统参数进行参数优化，得到使转子-轴承弯扭耦合系统在相应工况下性能最优的系统参数。

可选的，转子-轴承弯扭耦合系统的系统参数包括：各转子盘的集中质量、转动惯量和偏心，主轴两端的弯曲刚度、扭转刚度、弯曲阻尼、扭转阻尼，各支撑轴承的质量、接触刚度、结构阻尼和轴承游隙，以及主轴与转子盘配合处的花键不对中量。

可选的，根据质心运动定理和动量矩定理，建立的转子-轴承弯扭耦合动力学模型如下：

转子盘1的动力学微分方程为

转子2的动力学微分方程为

转子3的动力学微分方程为

转子处轴承座的动力学微分方程为