[發明專利]基于動態約束組合調適的錠軸頻率特性改型優化方法

有效

• 申請號: 201710138479.9
• 申請日: 2017-03-09
• 公開（公告）號: CN107016167B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 趙銀燕
• 申請（專利權）人: 西安航空學院
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李鄭建

本發明涉及一種基于約束動態組合調適的錠軸頻率特性的改型優化方法，在錠軸系統主體結構不改變的情況下，在錠軸系統高速旋轉的狀態下，改變錠軸系統約束狀態，達到改變錠軸系統固有特性，拓展錠軸系統工作區間。該方法依據不同約束下錠軸系統固有頻率值的特點，通過對這些約束在某頻率區間進行動態組合和調適，避開一些頻率階值，使得原約束狀況下，由于存在共振點不可能達到的更高工作頻率區間，由不可用變得可用，同時對不同約束的復雜錠軸系統，通過調適區間進行高速旋轉過程中的約束改變，在不改變錠軸系統主體結構情況下，拓展工作區間，提升工作性能和優化效益，對類似復雜轉子系統工作性能提升和在實際應用改型優化具有借鑒和指導意義。

技術領域

本發明屬于機械工程技術領域，具體涉及一種基于動態約束組合調適的錠軸頻率特性改型優化方法。該方法通過復雜轉子系統約束的動態調適來拓展其工作頻率或速度范圍。

背景技術

復雜長臂轉子系統是一些先進裝備或機械設備的常見關重件，常在高速旋轉狀態下工作。如，紡絲裝備卷繞頭的關鍵件——錠軸。此類機械裝備設計中，最為關鍵的是結構復雜的轉子系統的固有頻率特性的計算和改型調整，該轉子系統的固有頻率特性直接決定著整個設備的工作區間和性能優劣。

高速旋轉機械系統，尤其是工作在高速工況下的復雜轉子系統，其約束的動態調適，還沒有看到相關的計算分析和應用實施。在與此類工作在高速區間的復雜轉子系統相似的研究文獻中，涉及到的研究工作主要是圍繞動力學穩定性相關的研究和優化，如：孔越等基于對卷繞頭槽筒的參數化建模與模態分析，調整了槽筒的質量分布，降低了槽筒共振可能，并獲得了其高速穩定的動力性能；萬蕾采用數值模擬方法，對高速卷繞頭進行了細致分析，得到了卷繞頭振動的原因，提出采用技術彌補措施和選用對稱性零件可以消除振動；Boyes,R.H.對卷繞頭機械的控制系統進行了研究，通過可編程系統解決了卷繞頭在變速過程中的控制問題。

孫翠蓮等借助于CAD/CAE集成技術，對所建立的卷繞頭錠軸模型進行了參數優化設計，通過選取合適的錠軸長徑比，使得固有模態最大幅值位于支撐軸的左端，即電機驅動傳遞芯軸的位置，或者位于錠軸卷繞外軸的末端，從而減小了錠軸結構損壞的風險，取得了優化設計的效果；李勇等通過在卷繞頭支撐套筒與軸承連接位置增加阻尼橡膠材料，改進了卷繞頭的振動性能，減小其共振時的最大振幅。這些工作都對該類系統性能的提升或工作區間的拓展做了很好的工作。以上所做的研究，都是針對整個工作過程中約束和結構確定的轉子系統。但實際工程中，裝備在啟動、停止、甚至運行過程中，其整體結構形式、質量分布以及其約束形式，都可以因為具體需要設計成動態可變的，即在某些時間點上可調整或發生變化。目前在減少和消除高速復雜轉子系統，如錠軸，在工作過程中的共振現象，同時提高和拓展其工作頻率范圍，是長期以來該類設備的工程師們一直不斷挑戰的一個課題，也是該類設備性能不斷得到提升的一個重要指標。

以紡絲機械卷繞頭錠軸為例的典型復雜轉子系統，其懸臂結構較兩端支撐結構，低頻區和高頻區都相對集中在低值和高值部分，具有相對寬范圍的無共振區，為轉子系統高速穩定的繞絲工作提供了一個相對寬的頻率區間或轉速區間，而且可能達到的最高頻率或轉速也比較高，最高可以達到15000r/min。但隨著材料性能和機械系統工藝、控制系統等方面性能的不斷提高，加上人們對自動化車間工作效益的不斷追求，以前的工作區間已經再次受到挑戰。而作為設計相對成熟和合理的懸臂式高速復雜轉子系統，如想通過調整和改進本身結構來拓展工作區間，可做工作的難度大，效果小。而唯一能大幅度調整系統頻率特性的方法只能是改變約束。但在可能的約束方式中，雖然簡支約束在更高的頻率區存在非共振區，但很難逾越前期的中頻段區，也就是系統在不斷加速的過程中，達到和越過中頻段區時，無法逃避掉可能產生的多個頻率共振點。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷或不足，本發明的目的在于提供一種基于不同約束動態組合調適的錠軸頻率特性改型優化方法，該方法能夠對典型高速工況下的復雜轉子系統的工作區間拓展達到30％左右。

為了實現上述任務，本發明采取如下的技術解決方案：