毕业设计（论文）-基于遗传算法旋转机械系统的被动平衡.doc

基于遗传算法旋转机械系统的被动平衡 摘要 本研究的主要目的是对多盘旋转机械系统进行被动平衡。轴承振动的降低是一个优化问题，而遗传算法（GA）可以应用于相应的约束下求解最优解。因此，选取轴承振幅为目标函数，第2，第3，……，n盘的偏心方向为相关变量。在优化过程中，使得轴承内应力达到最小为非线性约束条件。另外，以具有三个不平衡盘的旋转机械系统为算例，说明所提方法的有效性。应用商业软件ADAMS进行系统模拟并且测试所得变量的精度。理论分析和仿真结果表明，所提出的方法给能够降低轴承的振幅和应力。 关键词：不平衡盘；最优化；轴承振动；遗传算法；旋转机械 引言 旋转机械由轴、盘、齿轮或者叶片等零部件组成。这类机械中常见的有机床、涡轮机械和汽轮器。这些机械系统中遇到的一个主要问题是振动。引起这些振动主要原因是由转子不平衡、轴不平衡，联轴器不对中，轴缺乏直线度等。 对转子轴承系统大功率，高速和轻量日益增长的需求 ，使得临界速度、稳态同步响应、亚临界共振的计算对于系统设计、识别、诊断和控制变得至关重要。振动控制对于改善机械表面性能、延长高速机械中轴承、主轴和零件的寿命、;减少计划外的失效特别重要。考虑到系统的稳定性，三支点方案柔性转子的优化设计是应用遗传算法的方法具有代表性例子。为了开发一种可倾瓦轴承的高效优化设计方法，应用遗传算法考虑一些约束和全局目标函数。柔性转子平衡转化为一个极大值或者极小值的优化问题，同时应用序列二次规划（SQP）方法来解决这个问题。再用一个平衡转子的算例来进行验证。Liu和Qu提出了一种新的转子系统的平衡方法。用遗传算法优化方法及计算机仿真被来简化平衡过程。该方法减少了试验次数，提高了精度和现场动平衡的效率。Liu开发了一种新的基于全息谱技术的柔性转子平衡方法，使测试不必在高速下运行。Chung和Jang 研究了带有挠性轴的滚珠型自动平衡转子的动态稳定性和时间响应。对球平衡器在平衡的平衡位置的稳定性进行了分析。对轴承支承聚合材料进行了研究，以提高转轴系统的。理论研究表明，这种应用降低了转子的不平衡响应，提高简单的转子轴系统在极限速度下的稳定性的，改善了动力学性能。 Wan等人对裂纹转子擦滑动轴承系统的振动是进行了研究。采用Newmark方法，通过考虑一些非线性因素的影响，计算了转子的动态响应。Yang等人研究了在核电厂低压汽轮机转子振动。混合遗传算法将共振响应定义为目标函数。用这种方法可以减少在临界速度的过度反应，并且获得更佳稳定性。Li和Yu建立了一个基于齿轮联轴器啮合条件下的非线性耦合的转子轴承齿轮耦合系统的横向扭振模型。Al Bedoor 提出了不平衡转子的耦合扭转振动和横向振动，包括转子定子摩擦的影响，并使用简单的Jeffcott转子模型对这种类型的瞬态振动进行了研究计算。使得扭转和横向振动之间的惯性耦合和非线性相互作用得到了证明。Straub 等人提出形状优化设计以降低转子的振动水平。以质量为目标函数，使重力、振动和噪声达到最低非线性约束。Kang等人使用的有限元分析，通过在不同位置布置传感器，模拟了挠性转子轴承系统的平衡。通过选择传感器的位置和平衡，改善进行转子平衡的精度和效率。Hredzak和Guo对硬盘驱动器的主动平衡方法的可行性进行了研究。比较主动和被动的平衡（加配重），对所提出的方法的优点和缺点进行了讨论。Ishida介绍了新的被动振动抑制方法，应用常见的被动平衡装置的组合，如球平衡器，离心摆减震器和滚筒式离心吸收器。 在查阅文献的时候，可以看出，在过去的20年已经有许多关于旋转机械系统的研究。这些研究都是集中在通过使用不同的控制技术（系统主动平衡）来减少振动，设计合适的轴承或控制这些振动。一些研究人员也研究被动平衡。但是并未考虑被动平衡解决方案的研究。被动平衡解决方案是指不添加任何抵消或振动的设备，运用优化技术调整适当的设计参数。在这项研究中，为了确定合适的不平衡盘平衡条件，对具有许多不平衡盘的旋转机械系统进行了理论分析。对该系统进行振动分析后，运用两个三不平衡盘的算例验证了所提出的方法。三盘分别位于随机角的相对位置，造成3个离心力。然后确定在X和Y方向的振动，构造一个适当的目标函数。应用遗传算法解决的优化问题，找到设计变量的最优值。本文提出了一种通过使用优化技术来降低轴承振动的实用方法。 材料和方法 2.1 系统描述和建模 具有多圆盘的旋转机械系统的如图1。每个盘距左轴承端一定距离，轴承安装在轴端。不平衡盘的示意图见图2。 图2 图1 系统的控制方程如下: 其中，其中