GMA油膜轴承动态控制轴心轨迹的试验研究

介绍了一种基于超磁致伸缩驱动器(GMA)的油膜轴承试验台的工作原理,完成了GMA油膜轴承所支撑转子的轴心轨迹动态控制试验。试验结果表明,选择合适的控制电流和相位差后,该油膜轴承能够动态抑制所支撑转子的工频振动,明显缩小所支撑转子的轴心运动轨迹;对于某控制电流,存在一个能使系统的工频振动幅值最小的最佳相位差;随着控制电流的增大,最佳相位差有增加的趋势。试验结果证实了GMA油膜轴承具有强的轴心轨迹控制功能,能够抑制所支撑转子的振动,具有高的位置精度和旋转精度。     

GMA可控油膜轴承的静态试验研究

介绍了GMA可控油膜轴承试验台的结构和工作原理, 在调整好的试验台上,在不同载荷和转速下完成了GMA可控油膜轴承的定心试验.结果表明,通过改变GMA的控制电流或者磁场,该可控油膜轴承能够把不同工况下的转子的静平衡位置调整到同一位置,证明该轴承具有很高的位置精度和定心精度,克服了传统油膜轴承定心精度差的不足,可用于支承位置精度要求较高的场合.     

基于GMA的可控油膜轴承试验研究

介绍了一种基于超磁致驱动器(GMA)的可控油膜轴承和以该轴承为支撑的转子-轴承系统试验台的结构和工作原理,在搭建的试验台上完成了GMA可控油膜轴承的静态性能测试试验。试验结果表明,通过改变GMA的偏置电流,该GMA可控油膜轴承能有效的把不同工况下转子的静平衡位置调整到同一位置,使可控径向油膜轴承支撑的转子具有较好的自动调心功能和较高的位置定位精度。     

电动机用可控油膜轴承突发工况下冲击载荷研究

为解决高速调频电动机用油膜轴承在突发工况条件下的油膜振荡和油膜涡动问题,分析了可控径向动压油膜轴承的工作原理,建立了油膜轴承-弹性转子系统的力学模型,研究了控制相位和增益改变对系统突发工况下冲击载荷造成的影响。结果表明:在突发工况下,该可控油膜轴承能够显著减小系统的油膜振荡和涡动。     

主动可控的径向油膜轴承研究综述

综述了常见的主动可控的油膜轴承,提出了基于超磁致伸缩材料的主动可控油膜轴承,并阐述了该轴承的工作原理,并指出可控减振油膜轴承仍需解决的问题及其研究方向.为实现可控减振油膜轴承的工业化应用,应开发适合于油膜轴承膜厚控制的执行器,建立油膜轴承-转子-执行器的动力学模型,提高可控油膜轴承的稳定性和可靠性,采用基于现代控制理论的各种控制算法,提出可控油膜轴承-转子-执行器系统的数字控制策略.     

基于全息谱分析的非线性转子系统不平衡量识别

在实际现场动平衡中,没有必要完全识别出系统的参数,而只要将不平衡量识别出来就行了,为此提出在不识别轴承参数基础上对非线性转子系统不平衡量识别的一种新方法.在不平衡量识别中,将所有与轴承参数有关的力都归结到油膜力中,轴承油膜力接近周期力,这样可将其傅里叶展开;然后根据不平衡响应特点得到包含不平衡激励和油膜力工频分量的方程组,利用油膜力和不平衡量的工频的周期力作用位置不同将两者分离开;再引入全息谱技术,利用相关分析的方法,提取振动测量所得信号中的工频信号,把工频响应从振动信号中分离出来,代入方程组求解方程,求得不平衡量.通过大量的数值计算,分析比较不平衡前后的工频振动,研究该方法的识别精度、可靠性以及各种影响因素;最后从试验方面验证了识别方法的正确性.     

主动磁悬浮轴承系统拍振现象分析

振动分析是研究主动磁悬浮轴承(Active magnetic bearings,AMB)系统的一个重要部分,但是目前结合控制器以及动态不平衡响应建立的系统数学模型相对较少.通过对高速主动磁悬浮轴承转子系统受力分析,参考所使用的不完全微分PID控制器的频率特性对AMB广义动刚度的影响以及对转子动态不平衡激励响应的影响,建立径向子系统的力学振动方程.通过此振动方程的解,得出AMB系统存在的振动形式.一种是由于系统固有频率存在而产生的自由振动,另一种是由于不平衡响应存在而产生的简谐振动,并解释当两种振动频率相近时系统所产生的拍振现象.通过调节控制电流主动控制作用,可以改变磁悬浮轴承广义动刚度,进而改变系统固有频率,最终起到减弱拍振现象作用.仿真和试验能够验证拍振现象以及改变主动控制作用后的减振效果.此力学模型可为AMB系统不平衡振动补偿算法研究提供仿真平台.     

航空发动机轴承内环松动理论研究

研究了轴承内环松动的航空发动机转子系统的振动特性。结合内环间隙的轴承组件的结构和几何特点,研究轴承内环和锁紧螺母之间的相对运动关系。在此基础上提出了轴承内环和锁紧螺母之间滑动摩擦载荷的计算方法。建立了带有轴承内环间隙的竖式转子的动力学方程。该方程考虑了内环间隙带来的刚度非线性以及内环和锁紧螺母之间的摩擦载荷带来的阻尼非线性。数值求解动力学方程,得到转子系统的振动响应如波形、频谱和轴心轨迹等。定量研究转子结构参数,如转子的不平衡量、内环间隙尺寸和锁紧螺母拧紧力矩等对转子振动特性的影响。结果表明:内环端面和锁紧螺母之间的内摩擦取决于它们的相对运动关系,正比于锁紧螺母拧紧力矩,并可能促进转子同步正进动,进而导致转子失稳;转子失稳时,振动响应包含系统固有频率、工频及固有频率和工频的差频3种等频率成分;转子不平衡量、内环间隙大小和锁紧螺母拧紧力矩等均对转子的失稳产生影响;合理控制这些参数可以避免因内环松动导致的转子失稳。     

气体轴承-转子系统的典型振动特性分析

给出了单跨、气体轴承支承的转子系统中出现的共振、气膜半速涡动(包含临界半速涡动)、双低频特性、气膜振荡、工频碰磨、低频碰磨等典型振动现象,采用轴心轨迹,分岔图,以及频谱图等振动测试分析方法,呈现了以上典型振动现象的动力学特征,为识别气体轴承中的典型振动现象提供试验数据支持;同时,针对以上典型振动特征,采用轴承-转子系统的载荷运动平衡方程,给出了定性的理论分析以及相应的控制方法,为气体轴承-转子系统的振动控制与稳定性研究提供可借鉴的数据和方法。     

基于频域整形的电磁轴承最优控制

针对电磁轴承刚性转子的不平衡振动，提出基于频域整形最优控制，该控制器的设计，包括保证系统稳定的最优调节器设计，以及频域整形的权函数设计，通过权值函数，改变轴承动特性，从而实现电磁轴承系统不平衡振动的力补偿或位移补偿。实验结果表明，电磁轴承频域整形最优控制可有效抑制主轴不平衡振动。     

一种可控滑动轴承-转子系统性能计算方法*

针对可控滑动轴承油膜性能计算困难问题,提出一种考虑基础参振的滑动轴承性能计算的动网格模型,阐述网格更新原理,给出可控滑动轴承所支撑转子系统轴心轨迹的计算方法。在滑动轴承-转子-基础系统的性能计算时,该方法保证油膜径向网格线和轴颈表面垂直,能减小轴承油膜性能计算的累计误差。通过不平衡载荷条件下的转子轴心静平衡位置计算结果与油膜力数据库方法、经典数据进行对比,验证了该模型的正确性,并利用该方法分析受正弦位移激励的滑动轴承-刚性转子系统的工频振动情况。结果表明：选择合适相位和幅值的正弦位移激励来控制轴承座,可减小转子系统的不平衡振动。这为基于超磁致伸缩材料的轴承、基于压电陶瓷材料的轴承、柔性铰链可倾瓦轴承等可控轴承-转子系统的性能计算提供了一种新方法。     

轴承载荷对转子系统各支承的耦合振动分析

以多支承转子 轴承 弹性基础系统为研究对象,对多支承转子系统某支承处轴承载荷变化引起不同支承点处轴及轴承的耦合振动响应进行了研究。首先,建立了多支承转子系统支承间的耦合振动模型,并进行了仿真和试验,耦合振动模型考虑了每个支承处的油膜耦合效应,通过轴承载荷敏感度矩阵得到各支承耦合力;然后,利用龙格库塔法对油膜刚度为定刚度和动刚度两种情况下的转子系统进行了数值分析及仿真;最后,在8支承转子试验台上进行试验,采取改变某一支承处的位移来得到轴承载荷的变化,并提取各支承处的振动信号。结果表明,轴承位置在稳态和瞬态两种情况下改变时振动响应明显不同,油膜刚度为动刚度的分析结果更为合理。     

液体动静压球轴承轴心运动轨迹研究

为研究外载荷对轴承转子系统稳定性的影响,以小孔节流的液体动静压球轴承转子系统为研究对象,建立液体动静压球轴承转子系统动力学模型。通过求解轴承润滑数学模型获得非线性油膜力,分析转子所受到的外载荷,采用欧拉算法预测出轴心下一个时刻位移、速度和加速度,并分析转子系统质量、不平衡载荷和阶跃载荷对转子回转精度的影响。结果表明：随着转子系统质量的增加,所需平衡的油膜力增加,轴心振动幅度增加,从而导致转子回转精度降低;相对于不考虑不平衡载荷,考虑不平衡载荷后其振动形态为椭圆且振动幅值增大,减小不平衡值将减小振幅并提高旋转精度;随着阶跃载荷的增加,达到平衡所需的时间也增加。     

长周期变转速下入口油温对高速轻载涡轮增压器转子振动特性影响

高速轻载涡轮增压器转子系统的入口油温在长周期变转速运行条件下会产生动态变化,从而改变转子系统振动特性甚至导致非线性振动事故。以某型汽油机用高速轻载涡轮增压器转子为研究对象,分析浮环轴承内油膜最小厚度与偏心率随入口油温参数的变化规律,构建涡轮增压器转子-浮环轴承系统动力学有限元模型,采用Newmark积分法分析转子系统的非线性瞬态响应,结合涡轮增压器升速实验,得到不同入口油温下转子系统三维振动瀑布图与Colormap频谱图,探究入口油温对转子系统振动响应特性的影响。结果表明:随着入口油温从50℃增至130℃时,内油膜最小厚度会减少,环速比与偏心率会增加,内油膜振荡幅值逐渐降低,但出现内油膜振荡与外油膜涡动的轴颈转速点会提前约30%,且外油膜涡动幅值会逐步增加。综合内外油膜涡动与振动幅值,入口油温约为90℃时转子振动情况较好。结论可为设计具有智能抗振性能的高速轻载涡轮增压器转子系统的运行参数提供理论参考。     

齿轮传动转子系统弯扭耦合振动研究

为分析齿轮传动复杂轴系的振动问题,根据有限元法和拉格朗日法,考虑陀螺效应、油膜支承等因素,得到了转子-轴承系统的弯扭耦合振动模型;在此基础上,根据齿轮副运动过程中啮合刚度和啮合阻尼的变化,得到了齿轮副系统的弯扭耦合振动模型。然后,根据齿轮副的实际排列方式,引入方位角,使得转子模型与齿轮副模型坐标统一化,并将其耦合到一起,得到了更加接近实际的齿轮转子模型,并且计算了其临界转速和振型。研究结果表明,耦合后转子的临界转速低于单转子的临界转速,齿轮传动对转子轴系振动有着明显影响。     

浮环轴向长度对高速轻载涡轮增压器转子系统振动特性影响研究

浮环轴承内外轴向长度结构参数会影响油膜压力分布与偏心率,产生显著分频振动而引发高速轻载涡轮增压器转子非线性振动故障。基于流体润滑理论和浮环力矩平衡方程,推导了含浮环轴承的涡轮增压器转子系统动力学方程,揭示浮环轴承轴向长度与转子系统振动响应之间的关系。以某型汽油机用涡轮增压器转子系统为例,分析浮环内、外轴向长度对轴承油膜压力、偏心率等动力特性的影响,构建转子系统动力学有限元模型,通过三维振动瀑布图研究不同浮环轴向长度下转子系统频域瞬态振动响应,结果表明：浮环内轴向长度从2.6增加到4.6 mm,导致浮环转速升高,最大内油膜压力减小,轴颈偏心率降低,分频幅值增加且出现分频的轴颈转速由142 kr/min降至76 kr/min,更易产生明显的非线性涡动现象;浮环外轴向长度从3.6增加到6.15 mm,使浮环转速降低,最大外油膜压力变小,浮环偏心率及轴颈相对浮环的偏心率减小,低转速下分频幅值减少且出现分频的轴颈转速由10 kr/min升至22 kr/min,可抑制转子系统过早发生非线性涡动,为浮环轴承结构参数设计与试验提供理论支撑。     

600MW汽轮机组大型转子-轴承系统非线性动力学分析

针对600 MW汽轮发电机转子-轴承系统,采用ANSYS计算了转子固有频率,分析其振动特性。建立了具有1 016个自由度的非线性振动方程,并基于固定界面模态综合法降维至34个自由度。分析了转子稳定性随转子偏心距、轴承间隙和润滑油动力黏度的变化规律,并利用三维谱图分析了不平衡力和重力对油膜失稳的影响。     

应用于主动控制油膜轴承的超磁致伸缩驱动器的实验研究

针对传统油膜轴承位置精度低和稳定性差的问题,研究开发了应用于主动控制油膜轴承的超磁致伸缩驱动器.设计并搭建了试验台,实测了驱动器的静态性能和动态性能.实验结果显示超磁致伸缩驱动器在常态磁场强度下可以产生与油膜厚度同一数量级的位移输出和较宽的静态调节范围;在2 000 Hz的激励电压作用下有良好的频响特性.说明所研制的超磁致伸缩驱动器能够用来控制油膜轴承的间隙,满足油膜轴承所支承转子的减振频率需要.