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(lái)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(zhǎng)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(guò)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(guò)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(lái)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(zhǎng)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(guò)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(kù)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(kù)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(lái)同步控制軸承座的運(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)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(shuō)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。 搭建了可控徑向油膜軸承-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(guò)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。
【學(xué)位單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：TH133.3
【部分圖文】：

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計(jì)的GMA能夠產(chǎn)生幾十微米的伸長(zhǎng)量，在800Hz下具有良好的動(dòng)態(tài)響承減振所需的激勵(lì)頻率，能夠用來(lái)控制油膜軸承的間隙。A設(shè)計(jì)A簡(jiǎn)介伸縮微位移驅(qū)動(dòng)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)位置的精確控制。GMA產(chǎn)生磁場(chǎng)的和螺線管[8’〕。GMM因溫度變化易產(chǎn)生伸縮變形，這與磁場(chǎng)同一數(shù)量級(jí)，一般在精密控制中應(yīng)避免超磁致伸縮材料的熱裝置來(lái)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(chǎng)在0.5一1.0koe之間時(shí)，GMM棒的磁致伸縮系數(shù)1400又10一6之間，對(duì)于長(zhǎng)度氣為30mm的GMM棒，其伸長(zhǎng)量可以42聲m，這與一般滑動(dòng)軸承的油膜間隙在同一數(shù)量級(jí)(一般滑動(dòng)軸承油膜幾十微米)。據(jù)此，所設(shè)計(jì)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(xiàn)】

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1 梁爽;廖凱;王文;;基于GMA的可控油膜軸承試驗(yàn)研究[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2012年01期

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本文編號(hào)：2889216