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)油膜軸承進行改進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)動器(GMA)對油膜軸承位置進行靜態(tài)調(diào)節(jié),并能動態(tài)主動抑制轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的振動,達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等方面的GMA設(shè)計,考慮油膜軸承的應(yīng)用特點,設(shè)計了結(jié)構(gòu)上更為簡單的專用GMA。建立了該GMA的靜態(tài)位移力模型和動態(tài)機-磁耦合模型,搭建了杠桿試驗裝置,驗證了GMA在常態(tài)磁場強度下可以產(chǎn)生與油膜軸承油膜厚度在同一數(shù)量級的伸長量。在材料試驗機上做了GMA在各種頻率下的動態(tài)性能試驗,驗證了GMA在輸入電流頻率達到800Hz時有好的頻響特性,能滿足遏止轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)振動所需的頻率。 研究了GMA在止推軸承中的應(yīng)用,驗證了GMA在油膜軸承實際工況下調(diào)整油膜間隙的能力,同時解決了一些結(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來主動調(diào)節(jié)瓦塊油膜間隙的止推軸承實驗臺,該軸承以瓦塊的溫度作為反饋信號,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。在止推油膜軸承實驗臺上,進行了均載調(diào)節(jié)試驗,驗證了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,進行了動力學(xué)分析。納入GMA的機-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)的計算程序。該程序根據(jù)非線性油膜力數(shù)據(jù)庫技術(shù)計算油膜力,以軸頸的振動信號作為反饋信號來同步控制軸承座的運動,計算得到了軸心運動軌跡,并詳細考察了控制增益和相位差對系統(tǒng)不平衡振動和穩(wěn)定性的影響。計算結(jié)果表明,控制增益和相位差對系統(tǒng)不平衡振動影響很大,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,減小系統(tǒng)的半頻渦動,大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。計算結(jié)果還說明,對于某一固定的控制增益,存在一個最佳相位差,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)實驗臺和測控系統(tǒng)。作為初步驗證可控油膜軸承性能的實驗臺,轉(zhuǎn)子支承一端采用可控滑動軸承,另一端采用向心滾動軸承的簡單結(jié)構(gòu);為了滿足軸承在不同轉(zhuǎn)速下的試驗需要,以變頻器和電主軸系統(tǒng)作為驅(qū)動裝置。根據(jù)GMA的驅(qū)動特點,采用碟形彈簧結(jié)構(gòu)給GMA施加預(yù)應(yīng)力,能保證滑動軸承套和GMA始終不脫離,同時滿足滑動軸承套具有兩個自由度的要求。 進行不同載荷和轉(zhuǎn)速下的可控滑動軸承的調(diào)心試驗,通過改變GMA的磁場,可以把不同工況下的可控滑動軸承支承的轉(zhuǎn)子的軸心的靜平衡位置調(diào)整到同一位置,驗證可控滑動軸承具有良好的定心精度。 針對工頻振動,進行了動態(tài)軸心軌跡控制試驗。初步試驗結(jié)果表明可控滑動軸承所支承的轉(zhuǎn)子的工頻振動幅值大大減少,軸心動態(tài)振動軌跡明顯減小,驗證了本文提出的具有主動控制功能的油膜軸承具有較好的振動抑制能力,使傳統(tǒng)油膜軸承的的穩(wěn)定性得到提高。
【學(xué)位單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：TH133.3
【部分圖文】：

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計的GMA能夠產(chǎn)生幾十微米的伸長量，在800Hz下具有良好的動態(tài)響承減振所需的激勵頻率，能夠用來控制油膜軸承的間隙。A設(shè)計A簡介伸縮微位移驅(qū)動器主要用于精密或者是超精密裝置中，利用產(chǎn)生的微位移來實現(xiàn)對位置的精確控制。GMA產(chǎn)生磁場的和螺線管[8’〕。GMM因溫度變化易產(chǎn)生伸縮變形，這與磁場同一數(shù)量級，一般在精密控制中應(yīng)避免超磁致伸縮材料的熱裝置來抑制熱變形。常用的方法有循環(huán)水冷卻法和熱變形般結(jié)構(gòu)如圖1.6。圖2.1為GMA的結(jié)構(gòu)尺寸示意圖。

閉合磁路由導(dǎo)磁密封蓋、導(dǎo)磁外殼、底座和超磁致伸縮棒組成。其塊、上蓋和支架是不導(dǎo)磁的。本課題采用的超磁致伸縮棒(GMM棒)由包頭稀土物理研究院提供，其縮性能如圖2.3。當(dāng)磁場在0.5一1.0koe之間時，GMM棒的磁致伸縮系數(shù)1400又10一6之間，對于長度氣為30mm的GMM棒，其伸長量可以42聲m，這與一般滑動軸承的油膜間隙在同一數(shù)量級(一般滑動軸承油膜幾十微米)。據(jù)此，所設(shè)計的GMA的參數(shù)如下:GMM棒的尺寸為:氣二30~，氣=5~;線圈的尺寸為:氣=7~~，lc=40Inm;偏置線圈的匝數(shù)叢=1300、電阻為11。，調(diào)節(jié)線凡二300、電阻為1.8。、調(diào)節(jié)線圈的電感為5.7mH。
【引證文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 梁爽;廖凱;王文;;基于GMA的可控油膜軸承試驗研究[J];機械設(shè)計與制造;2012年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 郭紅;內(nèi)外膜獨立供油徑推聯(lián)合浮環(huán)軸承性能分析與實驗研究[D];上海交通大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 沈慶崇;基于電磁激勵的滑動軸承軸心軌跡主動控制研究[D];山東大學(xué);2011年

本文編號：2889216