金屬橡膠技術(shù)在轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)中阻尼減振應(yīng)用探究

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1、金屬橡膠技術(shù)在轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)中阻尼減振應(yīng)用探究　　摘要：介紹了金屬橡膠材料的阻尼減振性能，重點(diǎn)闡述了金屬橡膠技術(shù)在轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)中阻尼減振的應(yīng)用，同時(shí)對金屬橡膠構(gòu)件在轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)中應(yīng)用的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：金屬橡膠；阻尼減振；轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)中圖分類號(hào)：F767.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2013）17-0059-020引言金屬橡膠材料起源于二十世紀(jì)70年代初期的前蘇聯(lián)，是通過將具有一定質(zhì)量的、拉伸開的、螺旋狀的金屬絲有序地排放并制成毛坯，然后用冷沖壓成型并經(jīng)熱處理而成的新型精細(xì)結(jié)構(gòu)材料[1]。由于其內(nèi)部有很多孔洞，既呈

2、現(xiàn)類似橡膠材料的彈性和阻尼性能，又保持著金屬的優(yōu)異特性，俗稱金屬橡膠（Metal6Rubber）。目前，俄羅斯在這個(gè)研究領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，并已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域[2]。我國對金屬橡膠技術(shù)研究雖然僅有十幾年的時(shí)間，卻得到了越來越多的重視，并已經(jīng)在大型工業(yè)設(shè)備的減振密封領(lǐng)域和航天航空等領(lǐng)域得到了實(shí)際應(yīng)用。金屬橡膠的制備工藝、相關(guān)理論和性能特點(diǎn)等已經(jīng)開始被廣泛研究，本文作者通過分析、總結(jié)相關(guān)研究文獻(xiàn)，重點(diǎn)介紹了金屬橡膠在轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)中阻尼減振方面的應(yīng)用研究。1金屬橡膠的阻尼減振性能金屬橡膠內(nèi)部呈現(xiàn)出金屬絲相互交錯(cuò)勾聯(lián)形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種

3、類似橡膠的大分子鏈狀形態(tài)使他它具有一定的剛度，振動(dòng)時(shí)金屬絲之間產(chǎn)生擠壓、滑移和干摩擦，又可以耗散大量的振動(dòng)能量，從而起到阻尼減振的作用[1]。與橡膠材料不同的是，由于金屬橡膠的原材料及制造工藝和橡膠材料存在巨大的差異，二者之間所表現(xiàn)出來的彈性阻尼變化規(guī)律也就存在著明顯的不同。由于金屬橡膠材料的穩(wěn)定性和硬度幾何特性，保證了其彈性阻尼特性主要受載荷頻率和變形幅值的影響，而受環(huán)境溫度的影響很小。2金屬橡膠在轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)中的阻尼減振應(yīng)用6由于金屬橡膠阻尼減振構(gòu)件具有阻尼性能好、重量輕、且易制成各種形狀、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、可調(diào)節(jié)剛度等一系列優(yōu)點(diǎn)，在高速旋轉(zhuǎn)

4、機(jī)械中的得到了成功的應(yīng)[2-4]。王新、朱梓根等[5]在1997年開發(fā)出了一種環(huán)形金屬橡膠減振器阻尼器（RMRD）并用于轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)研究表明，這種金屬橡膠減振阻尼器具有很好的減振性能，甚至超過了擠壓油膜阻尼器，而且有效地解決了非線性問題。郭寶亭等人[4]通過把環(huán)形金屬橡膠減振器與折疊式鼠籠彈支形成組合支承，這種折返式鼠籠彈支主要來提供組合彈支的剛度，而金屬橡膠材料結(jié)構(gòu)提供阻尼和部分剛度，即主要利用金屬橡膠材料的剛度特性的線性段和軟特性段。隨著轉(zhuǎn)速的不斷增大，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到某階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，振動(dòng)達(dá)到最大，此時(shí)可以充分發(fā)揮金屬橡膠材料結(jié)構(gòu)的阻尼耗能

5、作用，降低和減弱轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的振動(dòng)。同時(shí)增大轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的阻尼，抑制轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的自激振動(dòng)，提高失穩(wěn)閾值轉(zhuǎn)速。郭等人還把該組合支承應(yīng)用在了氫渦輪泵轉(zhuǎn)子上，試驗(yàn)研究及理論分析結(jié)果表明，金屬橡膠減振器減振效果十分明顯，與其它類型的減振阻尼器相比，具有制作工藝、安裝條件幾乎不受限制的特點(diǎn)。馬艷紅[6]提出了一種帶有金屬橡膠外環(huán)的自適應(yīng)擠壓油膜阻尼器，該阻尼器油膜外環(huán)是金屬橡膠制成，油膜力和金屬橡膠彈性環(huán)復(fù)雜的流固耦合作用改善了系統(tǒng)高度非線性，研究表明：這種自適應(yīng)擠壓油膜阻尼器能夠更好的抑制轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非協(xié)調(diào)響應(yīng)，具有更好的減振效果。姜洪源等在2009年提出

6、了一種新型金屬橡膠擠壓油膜阻尼器（SFD/MR）[7]。該阻尼器的與傳統(tǒng)的擠壓油膜阻尼器相比，具有充分能夠利用金屬橡膠彈性阻尼與節(jié)流特性的突出特點(diǎn)，在該阻尼器的可動(dòng)外環(huán)與殼體之間6安裝了金屬橡膠彈性環(huán)，軸頸與可動(dòng)外環(huán)的軸向端面安裝了金屬橡膠端部密封環(huán)。金屬橡膠環(huán)彈性特性能有效地改善系統(tǒng)的非線性，一定程度上緩解了傳統(tǒng)擠壓油膜阻尼器的剛度非線性問題。謝振宇等[8]在磁懸浮軸承柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中同時(shí)引入磁懸浮阻尼器和金屬橡膠環(huán)，通過系統(tǒng)高速旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)分析并理論分析了金屬橡膠環(huán)和磁懸浮阻尼器對系統(tǒng)不平衡振動(dòng)的影響，結(jié)果表明，金屬橡膠環(huán)和磁懸浮阻尼器的同時(shí)引入

7、，可以減小轉(zhuǎn)子在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的不平衡振幅，保障系統(tǒng)可靠的運(yùn)行。李勝波等[2]建立了金屬橡膠構(gòu)件遲滯回線邊界變形過程力學(xué)模型，針對不同相對密度金屬橡膠構(gòu)件，推導(dǎo)了出了非線性遲滯恢復(fù)力表達(dá)式。同時(shí)對金屬橡膠阻尼環(huán)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，分析了簡諧激勵(lì)載荷作用下阻尼環(huán)動(dòng)力學(xué)的特性，并把該阻尼環(huán)用于圓錐滑動(dòng)軸承-轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[3]，研究了在不平衡力等徑向載荷和軸向載荷作用下，軸向力對金屬橡膠阻尼器剛度和能量好散系數(shù)的影響，為進(jìn)一步研究金屬橡膠阻尼環(huán)在轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)上的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。3結(jié)語6目前，無論是在實(shí)驗(yàn)方面還是理論方面，盡管研究人員已經(jīng)對金屬橡膠材料及其

8、在轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)方面應(yīng)用的研究取得了一定的進(jìn)展，但由于金屬橡膠材料在國內(nèi)發(fā)展時(shí)間較短，許多方面的研究還不夠成熟，需要進(jìn)一步深入研究：例如，由于金屬橡膠的