基于径向励磁原理的旋转机械穿轴式自动平衡执行器结构设计

doi:10.3901/JME.260598

机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (11): 331-341.doi: 10.3901/JME.260598

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基于径向励磁原理的旋转机械穿轴式自动平衡执行器结构设计

马威龙¹, 卢加乔^1,2, 潘鑫^1,2, 冯睿杰¹, 魏锴¹

1. 北京化工大学高端压缩机及系统技术全国重点实验室北京 100029;
2. 北京化工大学发动机健康监控及网络化教育部重点实验室北京 100029

收稿日期:2024-12-04 修回日期:2025-11-15 发布日期:2026-07-29
作者简介:马威龙,男,2000年出生。主要研究方向为高端装备人工自愈平衡执行器设计。E-mail:maweilong0906@163.com;潘鑫(通信作者),男,1987年出生,博士,教授。主要研究方向为设备故障诊断与自愈调控。E-mail:panxinbuct@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(51875031)和北京市自然科学基金(3212010)资助项目。

Structure Design of Rotary Machine Automatic Balancing Actuator Based on Radial Excitation Principle

MA Weilong¹, LU Jiaqiao^1,2, PAN Xin^1,2, FENG Ruijie¹, WEI Kai¹

1. State Key Laboratory of High-end Compressor and System Technology, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029;
2. Key Laboratory of Engine Health Monitoring Control and Networking of Ministry of Education, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029

Received:2024-12-04 Revised:2025-11-15 Published:2026-07-29

摘要/Abstract

摘要： 旋转机械转子或主轴突出的不平衡振动会加剧部件磨损、减少使用寿命，是制约我国制造业高质量发展的主要问题之一。在线自动平衡系统是一种能在转子或主轴工作过程中实时监测和抑制其不平衡振动的有效方法。本研究设计了一种可穿轴安装的电磁式平衡执行器，通过基于某发动机风扇转子结构的自动平衡系统说明了其基本结构与工作原理；然后利用电磁仿真软件针对执行器自锁力矩和驱动力矩等主要参数进行仿真分析，基于仿真结果确定执行器方案；最后开展了执行器的准确性和可行性实验验证。实验结果表明，执行器自锁力矩和驱动力矩与仿真数据一致，执行器可在多种工况下稳定步进，且实现了36 s内降低转子振幅90%以上，为推动自动平衡技术在旋转机械的工程应用提供了技术支撑。

关键词: 不平衡振动, 径向励磁, 有限元分析, 自动平衡

Abstract: Unbalanced vibration generated by protruding components in rotating machinery rotors or main shafts is recognized as a critical factor accelerating component wear and shortening service life, which poses a significant constraint on the high-quality development of China's manufacturing sector. Online automatic balancing systems are considered an effective solution for real-time monitoring and suppression of vibration imbalances during rotor operation. In this study, an electromagnetic balancing actuator compatible with through-shaft installation is designed. The fundamental structure and operational principles are explained through an automatic balancing system modeled on aero-engine fan rotor configurations. Key parameters including self-locking torque and driving torque are systematically analyzed using electromagnetic simulation software, with the actuator configuration being finalized based on simulation outcomes. Experimental validation is conducted to verify operational accuracy and feasibility. The experimental results demonstrate that measured self-locking torque and driving torque values show consistent alignment with simulation data. Stable stepping performance is maintained across multiple operational conditions, with over 90% rotor amplitude reduction being achieved within 36 seconds. These findings are confirmed to provide essential technical support for advancing the engineering implementation of automatic balancing technology in rotating machinery systems.

Key words: unbalanced vibration, radial excitation, finite element analysis, automatic balancing

中图分类号:

TH113
TB535

马威龙, 卢加乔, 潘鑫, 冯睿杰, 魏锴. 基于径向励磁原理的旋转机械穿轴式自动平衡执行器结构设计[J]. 机械工程学报, 2026, 62(11): 331-341.

MA Weilong, LU Jiaqiao, PAN Xin, FENG Ruijie, WEI Kai. Structure Design of Rotary Machine Automatic Balancing Actuator Based on Radial Excitation Principle[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2026, 62(11): 331-341.

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