【摘要】：高速回轉(zhuǎn)機(jī)器中普遍存在軸頸振動(dòng),如轉(zhuǎn)子不平衡所引起的不平衡響應(yīng),或者是來自軸承外部直接作用到轉(zhuǎn)子上的瞬變載荷所造成的振動(dòng),都是常見的振動(dòng)形式。當(dāng)振動(dòng)過于劇烈而不加控制時(shí),均會(huì)對轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)精度,產(chǎn)品的加工精度甚至設(shè)備的安全運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。尤其在回轉(zhuǎn)機(jī)械越來越朝高速、高精度發(fā)展的今天,這類振動(dòng)控制問題越顯突出。雖然軸頸振動(dòng)無法完全消除,但將振動(dòng)幅值降低到最低限度,對于提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性,主軸的回轉(zhuǎn)精度及產(chǎn)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(yīng)降低主軸磨損,還能利用軸承本身的穩(wěn)定性機(jī)制提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。即便如此,主軸在高速或超高速回轉(zhuǎn)時(shí),受外界激勵(lì)或自身殘余不平衡的影響,仍然不可避免地產(chǎn)生振動(dòng),雖然軸承(結(jié)構(gòu))本身所決定的性質(zhì)使它具有一定的振動(dòng)抑制能力,但畢竟有限,需要外界對它施加主動(dòng)控制來進(jìn)一步抑制。為此,本文圍繞這個(gè)軸承開展軸頸振動(dòng)主動(dòng)控制研究,主要內(nèi)容、方法和得出的結(jié)論如下:(1)首先點(diǎn)明課題研究的目的以及意義;其次介紹國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀,包括轉(zhuǎn)子振動(dòng)主動(dòng)控制的發(fā)展,主動(dòng)控制器的主要類型和轉(zhuǎn)子振動(dòng)主動(dòng)控制的主要方法;最后說明本文主要研究內(nèi)容。(2)軸承結(jié)構(gòu)的介紹、數(shù)學(xué)模型的建立以及軸承響應(yīng)計(jì)算。(3)從軸承的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)入手,研究階躍載荷的沖擊影響下,結(jié)構(gòu)參數(shù)與軸頸振動(dòng)情況之間的關(guān)系,尋找降低軸頸振動(dòng)的方法。仿真結(jié)果表明:適當(dāng)?shù)販p小軸瓦半徑間隙或增大預(yù)載荷系數(shù),能夠降低軸頸振動(dòng),在軸承設(shè)計(jì)階段應(yīng)慎重選擇這兩個(gè)參數(shù)。(4)研究不平衡響應(yīng)的主動(dòng)控制方法。提出兩種主動(dòng)控制方法:(一)主動(dòng)改變轉(zhuǎn)子所受向心力,使其軸心軌跡收斂的不平衡響應(yīng)控制方法。提出軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的簡化方法,分析控制力的施加方案及其計(jì)算方法,考慮到軸心處于不同位置時(shí)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(jì)算。仿真結(jié)果顯示:當(dāng)不平衡量為0.3或0.5時(shí),采用單方向控制法均能將轉(zhuǎn)子x和y方向的振動(dòng)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(biāo)原點(diǎn)距離,提高油膜剛度,實(shí)現(xiàn)對不平衡振動(dòng)的抑制。該方法仍然基于簡化的系統(tǒng)模型,推導(dǎo)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程并得到其標(biāo)準(zhǔn)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(jié)果表明:軸心定位方案能達(dá)到較為精準(zhǔn)定位控制,不平衡振動(dòng)的抑制效果明顯,軸心x、、y方向的振動(dòng)幅值均被抑制90%左右。(5)分析控制方法的實(shí)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(biāo)控制力的方式可能控制能力有限,而采用電磁致動(dòng)器的方式能夠輸出相對及時(shí)、準(zhǔn)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(jìn)行分析,兩種方法對于不平衡響應(yīng)的抑制效果都很顯著,均能達(dá)到90%左右;可行性上,前者對系統(tǒng)裝置響應(yīng)快速性、可靠性等要求較高,后者準(zhǔn)備工作較長,其中油膜剛度的精確計(jì)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(huì)與實(shí)際模型存在差異,方程建立上也會(huì)缺少某些關(guān)鍵參數(shù),這難免會(huì)導(dǎo)致控制的精度和效果與實(shí)際情況存在一定差異。
【圖文】：

包括瓦塊的擺動(dòng)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(jié)構(gòu)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(gè)均勻分布的瓦塊，靜壓腔開設(shè)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(xì)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(nèi)供油，，還能作為毛細(xì)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(huì)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(yīng)計(jì)算逡逑２．２．１數(shù)學(xué)模型逡逑圖２－２ａ給出了軸承結(jié)構(gòu)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(xí)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(biāo)原點(diǎn)；０為軸承上的圓周坐標(biāo)；／？為支點(diǎn)（柔性鉸鏈）逡逑的圓周位置坐標(biāo)；０為瓦塊繞其支點(diǎn)的擺角；？為轉(zhuǎn)子角速度。圖中所有的角度逡逑均己逆時(shí)針為正。載荷作用于瓦塊的中間。圖２－２ｂ給出了瓦塊的內(nèi)表面結(jié)構(gòu)。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(biāo)與終止坐標(biāo)。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(jié)構(gòu)模型邐（ｂ）瓦塊內(nèi)表面幾何結(jié)構(gòu)逡逑圖２－２計(jì)算模型［６３］逡逑圖２－２ａ所示的幾何關(guān)系，瓦塊封油面和轉(zhuǎn)子之間的油膜厚度計(jì)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(biāo)；＆為預(yù)載荷半徑；ｒ?yàn)檗D(zhuǎn)子半徑。等號兩邊同時(shí)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(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH133.3

【參考文獻(xiàn)】

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1 黃秀金;He Lidong;Wang Cai;;Research on suppress vibration of rotor misalignment with shear viscous damper[J];High Technology Letters;2015年02期

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3 王宏華;;柔性轉(zhuǎn)子振動(dòng)主動(dòng)控制研究現(xiàn)狀[J];機(jī)械制造與自動(dòng)化;2011年05期

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5 張宏荃;張杭;裴軍;;電磁軸承-無軸承電機(jī)系統(tǒng)在轉(zhuǎn)子主動(dòng)控制的應(yīng)用研究[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2008年12期

6 唐一科,徐艷,彭浩;無阻尼動(dòng)力減振器工程設(shè)計(jì)方法研究[J];重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào);2005年02期

7 梁智權(quán),郭春華;油膜軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)主動(dòng)控制對策[J];四川輕化工學(xué)院學(xué)報(bào);2004年01期

8 梁智權(quán);具有油膜軸承的柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)主動(dòng)控制[J];西南交通大學(xué)學(xué)報(bào);2002年S1期

9 高小沖,李運(yùn)華;基于電液可控?cái)D壓油膜阻尼器的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)的主動(dòng)控制研究[J];機(jī)床與液壓;2002年05期

10 王洪禮,李強(qiáng),孫景;用形狀記憶合金彈簧主動(dòng)控制轉(zhuǎn)子振動(dòng)[J];機(jī)械強(qiáng)度;2002年01期

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2 熊文濤;柔性鉸鏈可傾瓦軸承設(shè)計(jì)與性能研究[D];山東大學(xué);2016年

3 張發(fā)品;磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)減振阻尼器研究[D];南京航空航天大學(xué);2014年

本文編號：2594205