阻尼可控磁流体滑动轴承的磁场研究及仿真分析

设计了一种新型的阻尼可控磁流体滑动轴承,为了探究外加电流与工作区域磁感应强度的关系,验证该轴承磁路设计的合理性,利用有限元分析软件ANSYS对磁流体滑动轴承的磁场模型进行了分析并搭建了磁场发生器磁场测试系统,通过理论研究和实验测试,对比分析了磁流体滑动轴承内部的磁场强度。结果表明,工作区域的磁感应强度B与外加电流强度I成正比;该轴承内部的磁力线分布均匀,实验结果与仿真结果相吻合,验证了磁流体滑动轴承设计的合理性。     

滑动轴承磁流体薄膜和润滑特性的研究

在横向外磁场作用下,同时伴随磁流体中磁粒子的转动时,推导磁流体薄膜中压力的雷诺方程表达式;研究不同载体类型的磁流体在外磁场作用下,对无限长挤压薄膜轴承和滑动轴承的润滑特性的影响。结果表明：磁场增加磁流体液膜的粘度,提高薄膜承载力,而对轴承的滑动摩擦力影响很小。     

磁流体-泡沫金属减振器磁场强度有限元分析

磁流体-泡沫金属减振器与单纯磁流体减振器相比具有适用于更宽频率范围振动的控制并且可提供较大可控阻尼力的特点.在磁流体-泡沫金属减振器的设计与制造中,其内部磁场分布规律是影响减振效果的一个重要因素.为了探讨其磁场分布规律及影响因素,利用ANSYS软件对该新型减振器的磁场进行有限元分析,结果表明,在新型减振器的活塞外圆柱表面开环槽可以提高阻尼通道内的磁场强度,且适当地增加所开环槽的数量可使阻尼通道内的磁场强度提高幅度增大.该研究结论对磁流体-泡沫金属减振器的设计与制造具有一定的参考价值.     

磁场强度对水基磁流体滑动轴承弹流润滑性能的影响分析

建立了磁流体滑动轴承的弹流润滑数学模型,利用考虑热效应的Renolds方程,采用多重网格法、多重网格积分法和逐列扫描法,对磁场作用下的水基磁流体润滑滑动轴承的弹流性能进行数值分析。对比了有无磁场作用下的水基磁流体弹流润滑数值模拟结果,并探讨了磁感应强度对其膜厚和压力的影响。结果表明,在有磁场作用的条件下,不同磁粉体积分数下的水基磁流体的润滑膜膜厚比没有磁场作用时有所增加,但压力没有明显变化;在不同磁感应强度条件下,随着磁感应强度的增加,水基磁流体润滑膜厚增加,压力没有明显变化。     

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。     

自感知磁流体轴承控制系统的设计及仿真分析

为实现磁流体轴承的自感知功能,设计一个PID闭环反馈控制系统,使磁流体轴承可以在不同工作状态下自动调节阻尼,从而达到最优减振效果。为验证闭环控制系统的合理性,利用MATLAB/Simulink搭建磁流体轴承闭环控制系统的仿真模型,在仿真模型中施加相同的激励信号,并对施加PID控制与未施加控制所得到的数据进行对比分析。仿真结果表明：磁流体轴承在施加PID控制下能有效减小转轴的振幅和轴承的振动,并且抑制效果明显,特别对振幅峰值处的抑制更为有效,证明了该自感知轴承控制系统的可行性与有效性,为自感知磁流体轴承后续研究提供了理论依据。     

可控阻尼磁流体轴承的振动控制性能研究

设计了一种新型铁磁流体轴承,利用有限元分析软件ANSYS对其内部磁场进行了模拟。以漏磁系数为优化对象,对铁磁流体轴承的参数进行了优化设计。同时介绍了铁磁流体轴承测试平台的工作原理,包括了伺服电机控制器、电涡流位移传感器、采集卡和电源等。最后,对磁流体轴承的动态稳定性进行了控制实验。实验结果表明,对于试验用结构尺寸和流体成分的磁流体轴承,当外加电流小于或等于0.08 A时,铁磁流体轴承支承的转子振幅随外加电流的增加而减小。此外,转子的动态稳定性也与转速有关。当外加电流为0.08 A时,磁流体轴承转子的振幅随转速的增加先增大后减小。实验表明,磁流体轴承能够抑制转子的振动,并且具有较高的精度。     

新型磁流体-泡沫金属减振器研究

为了解决减震器可控阻尼小及在高频振动下减振效果不理想的问题,基于磁流体的性质随磁场强度变化及泡沫金属孔隙微小、均匀等特点,将磁流体与泡沫金属两种材料结合,提出了一种新型磁流体一泡沫金属减振器.并且建立了新型磁流体减振器的阻尼力模型,理论分析及仿真结果表明:新型减振器的可控阻尼比常规减振器的大,并且对高频振动也具有良好的抑制作用.     

磁流体轴承的磁场与润滑特性分析研究

针对电机轴承高速化载荷高的需求以及磁流体轴承具有的自润滑密封、可靠性高、高速、低摩擦润滑等一系列优点,对磁流体轴承在不同条件下的性能开展了研究。首先从理论上推导了磁流体粘度的相关公式,通过采用Matlab软件在外加磁场的条件下,对磁流体的粘度进行了修正,并给出了磁流体轴承润滑的粘温、粘压特性。其次,采用有限元分析方法设计了外加磁场,并对轴承内部的磁场分布进行了分析。研究结果表明,在外加磁场的作用下,磁流体轴承润滑的粘度发生变化,同时,相较于传统普通轴承,磁流体轴承的承载能力得到提高,能在高温、高速的工况下工作。     

指数率非牛顿水基磁流体热弹流润滑分析

利用考虑热、磁场和非牛顿效应的雷诺方程,并且采用多重网格法和多重网格积分法,对指数率非牛顿水基磁流体滑动轴承进行热弹流润滑分析。探讨了非牛顿流体指数、磁场强度、滑滚比和曲率半径对水基磁流体弹流润滑膜膜厚和压力的影响。结果表明:在水基磁流体润滑的条件下,水基磁流体润滑膜厚随着指数的增加而减小,压力随着指数的增加的变化不明显;随着磁场强度和滑动轴承滑滚比的增大,水基磁流体润滑膜的膜厚增大,压力无明显变化;随着滑动轴承曲率半径的增大,水基磁流体润滑膜的膜厚减小,入口区压力增大,压力峰减小。     

Stiffness and damping of liquid crystal lubricating film under electric field

In this paper, a controllable sliding bearing system, in which a liquid crystal was applied as a lubricant, was constructed, and experiments were conducted to study its controllability and dynamic properties. In the present system, a sinusoidal load was applied to the bearing pad by a magnetic exciter and the equivalent spring and damping constants were identified under various electric fields, sliding velocities, and film thicknesses. Results show that the applied electric field strength had a great effect on the damping properties of the liquid crystal film, whereas it had less effect on the equivalent spring constant.     

Frequency Characteristics of Stiffness and Damping Effect of a Ferrofluid Bearing

Damping characteristics and frequency characteristics of a ferrofluid bearing spindle were measured using a high-frequency vibration base driven by a piezo actuator. They show that ferrofluid bearing spindles have effective damping. In this experiment, the damping effect became larger with higher spindle rotational speed.     

活塞式磁性液体减振器的阻尼分析和实验研究

根据磁性液体的磁粘特性,当磁性液体周围施加垂直于其涡旋矢量方向的磁场时,磁性液体的粘度增加,利用磁性液体作为减振器的阻尼液,通过改变磁场可以调节振动系统的阻尼比,从而达到减振的目的。根据这一特性,提出一种活塞式磁性液体减振器。根据磁性液体的流动方程和连续性方程,建立了减振器中磁性液体的动力学模型,并得到减振器阻尼力与振动速度之间的表达式以及减振系统的阻尼比。设计实验,将磁性液体减振器安装在悬臂梁自由端,利用线圈对减振器施加均匀磁场,研究不同线圈电流时磁性液体减振器对梁振动阻尼比的影响。实验表明,在所假设的条件下,实验结果与理论结果的一致性较好。同时得出,在一定范围内,活塞式磁性液体减振器的阻尼效果随着线圈电流的增大而增大。     

磁流变液阻尼器-柔性转子系统振动特性与控制的再研究

对先前提出的理论分析模型进行适当改进，用新模型对支承在磁流变液阻尼器上的单盘悬臂柔性转子系统的振动特性和控制技术进行再研究。研究表明，随着磁流变液阻尼器的库仑阻尼力的增大，系统在无阻尼临界转速处振幅明显下降，但在两阶临界转速之间的一定转速区振幅增加；同时，随着库仑阻尼力的增加，阻尼器轴承处的振幅在几乎所有转速时都被减小，甚至在某些转速区间该轴承被“锁住”，而且轴承能够振动的区间越来越窄。这说明转子系统从一个弹性支承系统逐步转化为一个准刚性支承系统，阻尼器支承的有效刚度越来越大，使得一阶有阻尼临界转速逐渐提高，并逐渐接近刚支临界转速。根据这些特性，提出通过开关控制抑止转子通过两阶临界转速过程中的振动，并使转子振幅在全转速区达到最小。仿真结果表明，系统能平稳通过两阶临界转速。     

分子动力学模拟巴氏合金界面磁性液体润滑行为

磁性液体因其顺磁可控的流变特性,可满足极端工况对滑动轴承润滑油膜稳定性不断提高的要求,在轴承润滑方面具有良好的应用前景。为探究磁性液体微观润滑机制,采用分子动力学模拟方法构建和优化巴氏合金界面磁性液体润滑的微观模型,并根据实际工况进行限制性剪切模拟,研究温度和剪切速度对PAO6基磁性液体在巴氏合金界面润滑行为的影响;通过分析滑动过程中相对浓度分布、温度分布、速度分布、均方位移和界面吸附能等参数的变化,从分子层面揭示磁性液体微观润滑的作用机制。结果表明：PAO6基磁性液体具有良好的扩散性和散热性,可以粘附在巴氏合金摩擦界面起到很好的承载和减磨作用;在高温和高剪切速度下,磁性液体润滑膜仍呈现出良好的稳定性,磁性颗粒具有良好的扩散能力。研究结果有助于完善纳米薄膜润滑理论,对磁性液体的工程应用具有现实指导意义。     

Friction-induced vibration — with and without external disturbance

The dynamics of friction-induced vibration resulting from a velocity-dependent friction characteristic is studied theoretically and experimentally. The frictional system is further studied in the presence of an external dynamic force. The amplitude of quasi-harmonic vibration is shown to increase with sliding velocity until oscillation ceases at some upper velocity boundary depending on the friction characteristic. The vibration, which can exist at high sliding velocities, may influence the operation of automatic transmissions, brakes and clutches. Introduction of strong damping to the system can reduce or eliminate the induced-vibration. Similar results could be achieved by modifying the friction-velocity characteristic of the fluid and materials at the interface. An external excitation in the transverse direction, with properly chosen frequency and force ratios, can also reduce the amplitude of the friction-induced vibration. The theoretical and experimental results are in good agreement.     

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。     

齿轮刚度及制造误差对多平行轴转子系统动力学性能的影响

分析了具有斜齿圆柱齿轮传动的多平行轴转子系统，在统一的坐标系下，建立了系统的动力学模型，考虑了系统的弯扭耦合、陀螺力矩及滑动轴承的支承刚度和阻尼。计算了系统的固有频率、动态响应及幅频特性，重点分析了齿轮的刚度、阻尼和制造误差对多平行轴转子系统动力学性能的影响