發(fā)布時間：2020-03-22 00:59

【摘要】：高速回轉機器中普遍存在軸頸振動,如轉子不平衡所引起的不平衡響應,或者是來自軸承外部直接作用到轉子上的瞬變載荷所造成的振動,都是常見的振動形式。當振動過于劇烈而不加控制時,均會對轉子的回轉精度,產品的加工精度甚至設備的安全運行產生不利影響。尤其在回轉機械越來越朝高速、高精度發(fā)展的今天,這類振動控制問題越顯突出。雖然軸頸振動無法完全消除,但將振動幅值降低到最低限度,對于提高設備運轉的安全性,主軸的回轉精度及產品的加工精度都具有重要的意義。針對一種瓦塊中含有靜壓腔的柔性鉸鏈可傾瓦軸承,它能夠在低速工況下利用靜壓效應降低主軸磨損,還能利用軸承本身的穩(wěn)定性機制提高設備運行穩(wěn)定性。即便如此,主軸在高速或超高速回轉時,受外界激勵或自身殘余不平衡的影響,仍然不可避免地產生振動,雖然軸承(結構)本身所決定的性質使它具有一定的振動抑制能力,但畢竟有限,需要外界對它施加主動控制來進一步抑制。為此,本文圍繞這個軸承開展軸頸振動主動控制研究,主要內容、方法和得出的結論如下:(1)首先點明課題研究的目的以及意義;其次介紹國內外相關研究現(xiàn)狀,包括轉子振動主動控制的發(fā)展,主動控制器的主要類型和轉子振動主動控制的主要方法;最后說明本文主要研究內容。(2)軸承結構的介紹、數(shù)學模型的建立以及軸承響應計算。(3)從軸承的主要結構參數(shù)入手,研究階躍載荷的沖擊影響下,結構參數(shù)與軸頸振動情況之間的關系,尋找降低軸頸振動的方法。仿真結果表明:適當?shù)販p小軸瓦半徑間隙或增大預載荷系數(shù),能夠降低軸頸振動,在軸承設計階段應慎重選擇這兩個參數(shù)。(4)研究不平衡響應的主動控制方法。提出兩種主動控制方法:(一)主動改變轉子所受向心力,使其軸心軌跡收斂的不平衡響應控制方法。提出軸承-轉子系統(tǒng)的簡化方法,分析控制力的施加方案及其計算方法,考慮到軸心處于不同位置時的油膜剛度不同,文中采用軸心處于靜平衡位置處的剛度作為控制區(qū)的剛度值,以簡化控制力的計算。仿真結果顯示:當不平衡量為0.3或0.5時,采用單方向控制法均能將轉子x和y方向的振動幅值抑制70%左右;而雙向控制大約為90%。(二)加大不平衡軌跡中心至坐標原點距離,提高油膜剛度,實現(xiàn)對不平衡振動的抑制。該方法仍然基于簡化的系統(tǒng)模型,推導系統(tǒng)的運動微分方程并得到其標準傳遞函數(shù);研究控制軸心位置的方案,采用擬合法獲取軸心定位方程。仿真結果表明:軸心定位方案能達到較為精準定位控制,不平衡振動的抑制效果明顯,軸心x、、y方向的振動幅值均被抑制90%左右。(5)分析控制方法的實現(xiàn)方式,得出:通過控制可傾瓦軸承的瓦塊擺角以獲得目標控制力的方式可能控制能力有限,而采用電磁致動器的方式能夠輸出相對及時、準確的控制力,但要考慮它的安裝以及對軸承系統(tǒng)帶來的影響等問題。就控制效果和可行性上對兩種控制方法進行分析,兩種方法對于不平衡響應的抑制效果都很顯著,均能達到90%左右;可行性上,前者對系統(tǒng)裝置響應快速性、可靠性等要求較高,后者準備工作較長,其中油膜剛度的精確計算有一定難度。分析兩種方法存在的不足,得出由于兩種的方法都是將問題分析簡化,模型建立會與實際模型存在差異,方程建立上也會缺少某些關鍵參數(shù),這難免會導致控制的精度和效果與實際情況存在一定差異。
【圖文】：

包括瓦塊的擺動規(guī)律以及軸心軌跡等。采用的仿真軟件是Ｍａｔｌａｂ軟件。逡逑２．１軸承結構逡逑圖２－１給出了瓦塊中部含有靜壓腔的柔性鉸鏈可傾瓦軸承模型。軸承包含４逡逑個均勻分布的瓦塊，靜壓腔開設在瓦塊中部；柔性鉸鏈作為橋梁將瓦塊和軸承體逡逑連成一體且位于瓦塊中間；柔性鉸鏈中有一條貫穿的細圓孔（／。／＜＞２０），將腔逡逑體與外部供油系統(tǒng)聯(lián)通，不但能給腔內供油，，還能作為毛細管節(jié)流器。軸承能夠逡逑在主軸低速階段充分利用靜壓腔的靜壓承載力，盡量降低主軸磨損［６１］；流過瓦塊逡逑的潤滑油流量也會增大，有利于降低軸承溫度［６２］。逡逑軸承體逡逑：惑逡逑圖２－１瓦塊中部帶有靜壓腔的柔性鉸鏈可傾瓦軸承逡逑９逡逑

２．２軸承響應計算逡逑２．２．１數(shù)學模型逡逑圖２－２ａ給出了軸承結構模型示意圖，值得注意的是為了方便問題的分析以逡逑及仿真編程，將習慣的ｘ軸和；；軸的位置互換，如圖中所示，但這不影響圖的閱逡逑讀。以軸承中心０為坐標原點；０為軸承上的圓周坐標；／？為支點（柔性鉸鏈）逡逑的圓周位置坐標；０為瓦塊繞其支點的擺角；？為轉子角速度。圖中所有的角度逡逑均己逆時針為正。載荷作用于瓦塊的中間。圖２－２ｂ給出了瓦塊的內表面結構。逡逑其中％分別為瓦塊的起始角與終止角；片，片分別為靜壓腔的起始角與終逡逑止角；（，／２分別為軸承Ｚ方向靜壓腔的起始坐標與終止坐標。矩形靜壓腔位于逡逑瓦塊的中部，其四周為瓦塊封油面。逡逑＼邋軸承體邐邐：邐：邐逡逑Ｉ＇邐0ｉ邐Ｍｉ邐ａ，逡逑（ａ）軸承幾何結構模型邐（ｂ）瓦塊內表面幾何結構逡逑圖２－２計算模型［６３］逡逑圖２－２ａ所示的幾何關系，瓦塊封油面和轉子之間的油膜厚度計算式為逡逑ｈ邋＝邋Ｃ邋＋邋ｘｃｏｓ６＋邋ｙｓ＼ｎ６－ｒｍ邋ｃｏｓ｛６－Ｊ３）－ｒｔｐｓｉｎ（０－／３）邐（２－１）逡逑式中：ｊｃ、ｙ為軸心坐標；＆為預載荷半徑；ｒ為轉子半徑。等號兩邊同時除以Ｃ，逡逑得其量綱一式逡逑Ｈ邋＝邋＼邋＋邋Ｘ邋ｃｏｓｄ邋＋邋Ｙ邋ｓｍ６邋－邋Ｍ邋ｃｏｓ｛ｄ邋－邋Ｐ）－—ｓ
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH133.3

【參考文獻】

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本文編號：2594205