【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于旋转机械的动力吸振超结构的设计方法及结构，属于旋转机械减振领域。
技术介绍
1、旋转机械的不平衡响应不仅会引起振动噪声，还会影响转子系统的稳定性，带来安全性问题。当前广泛使用的转子传统减振装置主要包括挤压油膜阻尼器、弹性波形环、橡胶阻尼器以及动力吸振器，其中挤压油膜阻尼器具有强非线性，价格昂贵，装配精度要求高，需要额外的油液供给系统，结构复杂等缺点；橡胶阻尼器具有承载刚度较小，但阻尼性能很难准确预测，无法针对振动衰减频段进行高效主动设计；弹性波形环虽然承载刚度大，但其也具有阻尼较小，阻尼可预测性较差等缺点；而现有转子用动力吸振器普遍具有体积大，无法调节临界转速的缺点，并且由于其不是安装在原有轴承的位置处，故需要额外的安装空间，且会对转子自身的动态特性产生一定影响。除此以外，这些装置主要是针对转子在临界转速下的振动抑制，而对工作转速下的转子不平衡响应无法高效抑制。
2、当转子通过临界转速时，转子会产生巨大的振动，可能导致转子损坏，所以转子的工作转速应当尽量远离临界转速，现有工程上往往是通过油膜阻尼器进行阻尼耗能帮助转子通过临界转速，或者采用弹性支撑，降低转子临界转速，使得转子的工作转速远离转子的临界转速，并且采用弹性支撑也可以减弱转子通过临界转速时的振动响应，因此，转子的径向支撑刚度设计也是转子系统设计的重要一环。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一是提供一种用于旋转机械的动力吸振超结构设计方法，目的之二是采用所述设计方法
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案
3、本专利技术公开的一种用于旋转机械的动力吸振超结构设计方法，包括如下步骤：
4、步骤一：根据轴承外圈尺寸以及旋转机械的装配空间要求，确定超结构框架的外廓半径r1，超结构框架的内半径r2，超结构框架的轴向宽度b；
5、步骤二：根据旋转机械的径向支撑刚度要求，初步设定框架最外圈的几何参数，并通过优化框架最外圈的几何参数以调节框架的径向支撑刚度；所述几何参数包括：框架最外圈厚度t1、框架最外圈宽度b1；
6、通过cae软件中的稳态分析方法计算径向支撑刚度的大小：对框架最外圈的外侧凸台设定固定约束，对框架与轴承外圈的配合面施加同一方向的面载荷激励f1，得到框架位移量x1后，在通过公式f1/x1计算得到框架的径向支撑刚度；
7、所述框架的径向支撑刚度与所述几何参数的关系为：框架最外圈厚度t1与框架的径向支撑刚度呈正相关、框架最外圈宽度b1与框架的径向支撑刚度呈正相关；
8、步骤三：根据装配空间要求和轻量化要求，确定振子数量以及各个质量环的质量大小，质量环质量越大，减振效果越好，减振频带越宽；
9、步骤四：建立简化的转子-轴承-超结构动力学模型，公式如下所示：
10、
11、
12、
13、
14、…
15、
16、其中，m、c、k，f为转子的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵、载荷矩阵；k1为轴承刚度；m、c、k为超结构框架的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵；mj、kj为振子质量矩阵、刚度矩阵；x，x，xj为转子、超结构、振子的位移矩阵；
17、步骤五：基于步骤四得到的转子-轴承-超结构动力学模型，以减振频段内的转子位移最小化为优化目标，各个振子弹簧刚度系数为设计变量，采用数值分析软件的参数优化模块计算得到一组满足要求的弹簧刚度系数，结合步骤三得到的质量环质量大小，通过公式得到一组振子固有频率；
18、作为优选，采用matlab自带的ga工具箱进行优化，得到一组满足要求的弹簧刚度系数。
19、步骤六：初步设定弹性元件的几何参数，然后根据步骤一得到的超结构框架的外廓半径r1、超结构框架的内半径r2、超结构框架的轴向宽度b，步骤二得到的框架最外圈厚度t1、框架最外圈宽度b1，步骤三得到的振子数量以及各个质量环的质量大小，建立超结构的有限元模型，通过超结构的有限元模型优化弹性元件的几何参数，使得超结构振子的固有频率等于步骤五所得到的固有频率；所述弹性元件的几何参数包括弹性元件厚度t2、弹性元件宽度b2、弹性元件弧长l2；
20、固有频率特征频率通过cae软件中特征频率分析模块进行计算得到：对超结构的框架最外圈设定固定约束边界条件，然后进行特征频率分析，即得到超结构振子的固有频率；弹性元件的几何参数与超结构振子固有频率的关系为：弹性元件厚度t2与超结构振子固有频率呈正相关、弹性元件宽度b2与超结构振子固有频率呈正相关、弹性元件弧长l2与超结构振子固有频率呈负相关；
21、步骤七：根据步骤六得到的超结构有限元模型，设定边界条件，通过模态降阶法，将超结构的有限元模型等效为状态空间模型，并验证等效状态空间模型的准确性，直至等效状态空间模型误差小于预设精度要求；
22、超结构有限元模型的边界条件为：
23、对框架最外圈的外侧凸台设定固定约束；
24、超结构等效状态空间模型的模态降阶法为：
25、提取含边界条件下的超结构有限元模型的主要模态，包含特征频率和模态振型，进而得到模态坐标下的解耦的超结构等效状态空间模型，其形式如下式所示：
26、
27、其中，mt为超结构在模态坐标下的等效质量矩阵，ct为超结构在模态坐标下的等效阻尼矩阵，kt为超结构在模态坐标下的等效刚度矩阵，ft为超结构在模态坐标下的等效载荷矩阵，q为超结构在模态坐标下的等效位移矩阵。
28、模态等效法也称为模态叠加法，它是以系统无阻尼的振型为空间基底，通过坐标变换，使原动力方程解耦，求解若干个相互独立的方程获得模态位移，进而通过叠加各阶模态的贡献求得系统的响应。由于各个模态在不同激励的贡献度不同，在某确定形式的激励下，只需提取一些主要振型，便可以较为准确描述原系统的响应，如果使用系统的所有振型，则会变为确切关系，而非近似关系。
29、超结构等效状态空间模型准确性验证方法为：
30、在cae软件中采用直接法计算超结构有限元模型在指定频率范围下的频率响应；
31、在cae软件中采用模态法计算等效为状态空间模型在指定频率范围下的频率响应；
32、仿真边界为：对框架最外圈的外侧凸台设定固定约束，对框架与轴承外圈的配合面施加同一方向的、指定频率范围的面载荷激励(模态法为谐波激励)，然后计算频率响应。对应模态法的面载荷激励为谐波激励。
33、通过提取框架与轴承外圈的配合面在指定频率范围下的平均位移，并比较直接法的位移x2和模态法的位移x3，如果误差满足要求，则等本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于旋转机械的动力吸振超结构设计方法，其特征在于：包括如下步骤，
2.如权利要求1所述的一种用于旋转机械的动力吸振超结构设计方法，其特征在于：采用MATLAB自带的GA工具箱进行优化，得到一组满足要求的弹簧刚度系数。
3.一种用于旋转机械的动力吸振超结构，基于如权利要求1或2所述的一种用于旋转机械的动力吸振超结构设计方法得到，其特征在于：所述用于旋转机械的动力吸振超结构安装于轴承外圈以及基座之间；
4.如权利要求3所述的一种用于旋转机械的动力吸振超结构，其特征在于：弹性元件(6)两端设有安装板，安装板与所述框架(1)、质量环(5)采用可拆卸连接；根据减振工况更换不同的质量环(5)和弹性元件(6)，进而灵活的调节减振频带；弹性元件主要几何参数为：弹性元件厚度t2、弹性元件宽度b2、弹性元件弧长l2。
5.如权利要求4所述的一种用于旋转机械的动力吸振超结构，其特征在于：质量环(5)设有四个正交布置的凹槽，凹槽尺寸与安装板尺寸相近，并与弹性元件安装板配合，以安装弹性元件(6)，同等条件下，质量环(5)质量越大，减振效果越好。>
6.如权利要求5所述的一种用于旋转机械的动力吸振超结构，其特征在于：框架(1)左右两侧伸出的圆环(4)设有四个正交布置的凹槽，凹槽尺寸与安装板尺寸相近，并与弹性元件安装板配合，以安装振子(7)。
7.如权利要求6所述的一种用于旋转机械的动力吸振超结构，其特征在于：所述框架最外圈(2)的内外两侧铺设有阻尼层。
8.如权利要求7所述的一种用于旋转机械的动力吸振超结构，其特征在于：单侧凸台(3)的数量应大于等于5。
...【技术特征摘要】
1.一种用于旋转机械的动力吸振超结构设计方法，其特征在于：包括如下步骤，
2.如权利要求1所述的一种用于旋转机械的动力吸振超结构设计方法，其特征在于：采用matlab自带的ga工具箱进行优化，得到一组满足要求的弹簧刚度系数。
3.一种用于旋转机械的动力吸振超结构，基于如权利要求1或2所述的一种用于旋转机械的动力吸振超结构设计方法得到，其特征在于：所述用于旋转机械的动力吸振超结构安装于轴承外圈以及基座之间；
4.如权利要求3所述的一种用于旋转机械的动力吸振超结构，其特征在于：弹性元件(6)两端设有安装板，安装板与所述框架(1)、质量环(5)采用可拆卸连接；根据减振工况更换不同的质量环(5)和弹性元件(6)，进而灵活的调节减振频带；弹性元件主要几何参数为：弹性元件厚度t2、弹性元...
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