具有主動(dòng)控制功能的油膜軸承研究

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1、上海文學(xué)博士學(xué)位論文摘要油膜軸承是轉(zhuǎn)子．軸承系統(tǒng)的關(guān)鍵支承部件，對(duì)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(duì)油膜軸承性能的要求越來越高，而嘗試對(duì)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(duì)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。論文以帶有GMA的新型主動(dòng)控制油膜軸承為研究對(duì)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

2、的應(yīng)用特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)上更為簡(jiǎn)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(chǎng)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，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

3、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)作為反饋信號(hào)來同步控制軸承座的

4、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(duì)系統(tǒng)不平衡振動(dòng)和穩(wěn)定性的影響。計(jì)算結(jié)上海大學(xué)博士學(xué)位論文摘要果表明，控制增益和相位差對(duì)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(duì)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?！罱丝煽貜较蛴湍ぽS承．轉(zhuǎn)子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)和測(cè)控系統(tǒng)。作為初步驗(yàn)證可控油膜軸承性能的實(shí)驗(yàn)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(jiǎn)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

5、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(chǎng)，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)軸承具有良好的定心精度。針對(duì)工頻振動(dòng)，進(jìn)行了動(dòng)態(tài)軸心軌跡控制試驗(yàn)。初步試驗(yàn)結(jié)果表明可控滑動(dòng)軸承所支承的轉(zhuǎn)子的工頻振動(dòng)幅值大大減少，軸心動(dòng)態(tài)振動(dòng)軌跡明顯減小，驗(yàn)證了本文提出的具有主動(dòng)控制功能的油膜軸承具有較好的振動(dòng)抑制能力，使傳統(tǒng)油膜軸承的的穩(wěn)定性得到提高。關(guān)鍵詞：油膜軸承；主動(dòng)控制；GMA；不平衡響應(yīng)；振動(dòng)Ⅱ上海

6、大學(xué)博士學(xué)位論文AbstractAsthekeysupportingcomponentsforrotor-bearingsystem，hydrodynamicoilfilmbearinghavemuchimportanteffectonthestabilityofrotor-bearingsystem．Withdevelopmentofrotor-bearingsystemcapacity，highspeed，highprecisionandheavyloading，betterperformanceoilfilmbearingtitleneededtomeetpresentrotat

7、ionalequipmentrequirement．Itisahotresearchareatoimprovefluidfilmbearingperformance．Inthisthesis，anewactivecontrollableoilfilmbearingisputforwardinordertoimprovethebearingperformance．Bymakinguseofthegiantmagnetostrictiveactua