具有主動(dòng)控制功能的油膜軸承研究.pdf

1、油膜軸承是轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的關(guān)鍵支承部件，對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行起著非常重要的作用。隨著轉(zhuǎn)子系統(tǒng)向著高速、高精度和高負(fù)荷的方向發(fā)展，對油膜軸承性能的要求越來越高，而嘗試對傳統(tǒng)油膜軸承進(jìn)行改進(jìn)以提高其性能一直是從事該領(lǐng)域研究人員的追求目標(biāo)之一。本文提出了一種新型的具有主動(dòng)控制功能的油膜軸承，該軸承利用超磁致伸縮微位移驅(qū)動(dòng)器(GMA)對油膜軸承位置進(jìn)行靜態(tài)調(diào)節(jié)，并能動(dòng)態(tài)主動(dòng)抑制轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的振動(dòng)，達(dá)到提高油膜軸承定位精度和穩(wěn)定性的目的。論文以

2、帶有GMA的新型主動(dòng)控制油膜軸承為研究對象，完成的主要工作有： 參考已有的應(yīng)用在位置定位和聲納激勵(lì)等方面的GMA設(shè)計(jì)，考慮油膜軸承的應(yīng)用特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)上更為簡單的專用GMA。建立了該GMA的靜態(tài)位移力模型和動(dòng)態(tài)機(jī)-磁耦合模型，搭建了杠桿試驗(yàn)裝置，驗(yàn)證了GMA在常態(tài)磁場強(qiáng)度下可以產(chǎn)生與油膜軸承油膜厚度在同一數(shù)量級(jí)的伸長量。在材料試驗(yàn)機(jī)上做了GMA在各種頻率下的動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)，驗(yàn)證了GMA在輸入電流頻率達(dá)到800Hz時(shí)有好的頻響特性

3、，能滿足遏止轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)振動(dòng)所需的頻率。 研究了GMA在止推軸承中的應(yīng)用，驗(yàn)證了GMA在油膜軸承實(shí)際工況下調(diào)整油膜間隙的能力，同時(shí)解決了一些結(jié)構(gòu)的止推軸承中因瓦塊間的不均載導(dǎo)致的局部瓦溫過高的情況。編制了相關(guān)程序，分析了止推軸承的油膜間隙與瓦塊的最大溫升和承載量的敏感性關(guān)系，表明通過控制瓦塊支承處的油膜間隙可以有效地改變單瓦塊的承載量并調(diào)節(jié)單瓦塊溫升。搭建了以GMA來主動(dòng)調(diào)節(jié)瓦塊油膜間隙的止推軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)，該軸承以瓦塊的溫度作為

4、反饋信號(hào)，控制支承瓦塊的GMA的伸長量，改變止推瓦塊的油膜間隙，使各個(gè)瓦塊承受的載荷均勻，防止局部瓦塊的過高的溫升。在止推油膜軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，進(jìn)行了均載調(diào)節(jié)試驗(yàn)，驗(yàn)證了GMA調(diào)節(jié)瓦溫的能力。 建立了可控徑向油膜軸承支承的Jeffcott轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型，進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析。納入GMA的機(jī).磁耦合模型，采用龍格-庫塔法編制了考慮基礎(chǔ)參振的徑向油膜軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的計(jì)算程序。該程序根據(jù)非線性油膜力數(shù)據(jù)庫技術(shù)計(jì)算油膜力，以軸頸的振動(dòng)信號(hào)作為反饋

5、信號(hào)來同步控制軸承座的運(yùn)動(dòng)，計(jì)算得到了軸心運(yùn)動(dòng)軌跡，并詳細(xì)考察了控制增益和相位差對系統(tǒng)不平衡振動(dòng)和穩(wěn)定性的影響。計(jì)算結(jié)果表明，控制增益和相位差對系統(tǒng)不平衡振動(dòng)影響很大，選擇合適的控制增益和相位差可以大大減小系統(tǒng)的不平衡工頻振動(dòng)，減小系統(tǒng)的半頻渦動(dòng)，大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。計(jì)算結(jié)果還說明，對于某一固定的控制增益，存在一個(gè)最佳相位差，能使系統(tǒng)的不平衡響應(yīng)最小。搭建了可控徑向油膜軸承.轉(zhuǎn)子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)和測控系統(tǒng)。作為初步驗(yàn)證可控油膜軸承性能的實(shí)驗(yàn)

6、臺(tái)，轉(zhuǎn)子支承一端采用可控滑動(dòng)軸承，另一端采用向心滾動(dòng)軸承的簡單結(jié)構(gòu)；為了滿足軸承在不同轉(zhuǎn)速下的試驗(yàn)需要，以變頻器和電主軸系統(tǒng)作為驅(qū)動(dòng)裝置。根據(jù)GMA的驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)，采用碟形彈簧結(jié)構(gòu)給GMA施加預(yù)應(yīng)力，能保證滑動(dòng)軸承套和GMA始終不脫離，同時(shí)滿足滑動(dòng)軸承套具有兩個(gè)自由度的要求。 進(jìn)行不同載荷和轉(zhuǎn)速下的可控滑動(dòng)軸承的調(diào)心試驗(yàn)，通過改變GMA的磁場，可以把不同工況下的可控滑動(dòng)軸承支承的轉(zhuǎn)子的軸心的靜平衡位置調(diào)整到同一位置，驗(yàn)證可控滑動(dòng)軸承