挠性转子变刚度阻尼支承系统振动主动控制（二）：次优控制规律

从理论上研究了采用变刚度阻尼支承主动控制转子——轴承系统的振动问题,分析和提出了在振动最优主动控制规律的有效频率范围以外,对转子——轴承系统进行次优振动主动控制的策略思想,及变刚度阻尼支承振动次优主动控制规律。根据此规律,从理论上阐明了采用变刚度阻尼支承,对转子——轴承系统进行过临界转速时的振动主动控制的原理和依据。作为示例,就一个三圆盘双支承的转子系统进行计算机仿真。仿真结果说明了本文分析的正确性及其对采用变刚度阻尼支承系统实现挠性转子振动主动控制的的理论指导意义。     

柔性支承下的大型离心压缩机转子振动特性

支承刚度对转子系统的动力学特性具有重要影响。针对大型离心压缩机转子在高速平衡条件下和实际运行工况下的支承刚度差异导致的振动问题开展研究。由于高速动平衡机的摆架刚度较低,使得一些大型离心压缩机的轴承油膜刚度与支承刚度几乎相当,导致2阶弯曲临界转速大幅降低,从而使得转子振动超标,高速动平衡难以满足标准要求。结合实际案例分别进行不考虑支承刚度及带有动平衡机摆架刚度的转子动力学分析,并对轴承瓦块、轴承座、机壳、底座进行有限元分析,获得压缩机转子的基础刚度。结果表明,考虑支承刚度的转子2阶临界转速出现了11.1%～18.3%的下降,1阶临界仅下降3.6%～7.3%,与高速动平衡试验结果吻合较好,实际支承刚度因大于轴承刚度3.5倍,机械运转试验显示1阶临界、2阶临界转速未有实质性下降,且振动满足API617标准要求,与不考虑支承刚度的转子动力学分析结果基本一致。     

发动机转子-滚动轴承系统的振动性能研究

针对发动机转子 滚动轴承系统建立了有限元模型,将弹性轴段、刚性圆盘和弹性支承的动力方程集结后得到系统振动方程,分析计算了支承刚度对系统固有频率的影响。将转子不平衡惯性力和轴承支反力作为激励,求解了系统的稳定响应,得出了合理设计支承刚度和阻尼,可以改善转子系统的振动特性的结论。通过转子系统模拟实验,对该结论进行了验证。     

最优控制规律

研究采用变刚度阻尼支承系统,实现挠性转子振动最优主动控制的一些理论问题。首先研究了在结构受迫振动最优主动控制规律的作用下,变刚度阻尼支承系统的动刚度子矩阵输出响应最优反馈矩阵的关系。由此可以确定转子的变刚度阻尼支承系统的各个动力学参数。然后,进一步分析了采用变刚度阻尼支承系统,实现振动最优主动控制的必要条件和有效频率范围。     

转子失稳振动及转子失稳振动镇定器

分析了阻尼和支承刚度各向异性对失稳振动的抑制作用 ,并提出了一种治理转子失稳振动的简单措施 ,即在转子系统中引入附加的装置——蜂窝式橡胶镇定器 ,用以改变转子系统的阻尼和刚度 ,从而寻求解决转子失稳振动的有效途径。实验结果表明 ,蜂窝式橡胶镇定器能够对转子系统提供足够的阻尼 ,进而会起到很好的镇定效果     

挠性转子变刚度阻尼支承系统振动主动控制(三) 转子超速试验台振动主动控制

根据在关于结构受迫振动的主动控制的研究中提出的振动主动控制规律,从理论上研究了应用最优控制规律和次优控制规律,对转子超速试验台进行变刚度阻尼支承振动主动控制的一些问题,分析建立了超速试验台变刚度阻尼支承振动主动控制模型。并通过计算机仿真,计算和确定了由振动主动控制规律所要求的转子超速试验台的结构参数。计算机仿真和实验结果表明,通过变刚度阻尼支承对转子超速试验台在不同的工况下进行振动主动控制是可行的,具有较好的抑振效果。     

滚轮和型筒表面形貌对卧式离心铸造机振动性能的影响

滚轮支承卧式炉管离心铸造机型筒的振动对炉管最终质量有较大影响,而滚轮与型筒外表面形貌是引起铸造型筒振动的主要因素之一.利用自相关函数法模拟了滚轮和型筒的随机表面形貌,建立了由此表面形貌引起的对型筒转子激励力的计算模型;再应用传递矩阵法,构建了能够在考虑支承滚轮与型筒表面形貌的情况下,对型筒振动性能进行计算的方法,并进行算例分析,研究了表面粗糙度对振动性能的影响规律.结果表明:表面形貌引起的激励力以及节点最大振幅随粗糙度的增大近似线性增大;粗糙度不同时,幅频响应中发生较大振幅的转速基本一致;在同一转速下,相同时刻转子的形态相似,但振幅随粗糙度的变化而变化;型筒的中心运动轨迹范围随粗糙度的增大而增大.     

基于ISFD的滑动轴承转子系统不平衡振动抑制研究

由于高转速和大功率的需要，现有很多转子设备往往是基于滑动轴承设计的，因而由不平衡故障引起的振动成为影响这些设备安全运行的关键因素。为了探究整体式挤压油膜阻尼器(ISFD)对滑动轴承转子系统因不平衡故障产生振动的抑制效果，对安装有ISFD阻尼支承后的转子系统的不平衡振动响应进行了研究。首先，以实验室现有的转子试验台为基础，设计了安装有滑动轴承的ISFD阻尼支承结构，对ISFD的减振机理进行了介绍；然后，运用有限元方法，研究了ISFD弹性体的径向刚度特性；最后，搭建了单跨对称转子试验台，采用试验的方式，研究了该ISFD阻尼支承结构对转子不平衡振动的抑制效果。研究结果表明：在较宽的载荷范围内，ISFD弹性体的位移值与静载荷呈线性关系，具有优良的线性刚度特性；ISFD具有优良的阻尼特性，可以较好地抑制不同转速工况下滑动轴承转子系统的不平衡振动，在1 800 r/min的工况下，转子在x和y方向的振动降幅分别为38.4%和49.4%;ISFD阻尼支承可以有效抑制滑动轴承转子系统不平衡故障导致的工频振动，在1 600 r/min的工况下，转子在x和y方向的工频振动降幅分别为19.5%和29.4%,...     

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。     

基于整体式挤压油膜阻尼器的离心水泵传动轴减振研究

针对离心水泵传动轴的振动问题，提出了运用整体式挤压油膜阻尼器（ISFD）减小水泵传动轴振动的方法。对设计的ISFD的刚度和阻尼系数进行了仿真计算，并根据刚性支承和ISFD支承的动力学特征对离心泵传动轴进行了仿真分析；搭建了模拟水泵工作环境的试验台，通过对比水泵轴承座分别安装刚性支承和ISFD阻尼支承来分析整个系统的振动特性。结果表明，ISFD有着良好的阻尼减振性能，对于传动轴的高频外传力振动有着明显的抑制效果；在不同转速条件下，ISFD都能对振动有着良好的抑制效果，加速度降幅在50%以上，能够有效抑制水泵传动轴的振动。     

高速转子系统振动控制技术评述

高速转子系统在正常工作过程中必须通过临界转速,此时由于不平衡质量的作用,转子系统会产生共振,导致强烈的振动。降低系统支承刚度以降低临界转速、增大支承阻尼,以减小振幅,这些措施可以抑制系统通过临界转速时的振动幅值和外传力。在振动被动控制技术中,常用弹性支承和挤压油膜阻尼器、金属橡胶减振器、高聚物复合材料减振结构等,降低系统支承刚度,增大支承阻尼,以减小系统振动;在主动控制技术中,通过主动控制挤压油膜阻尼器的参数,改变支承的刚度和阻尼的大小,以控制系统的振动;以及采用形状记忆合金调节器、电磁阻尼器、压电调器等装置,来主动控制系统的振动。目前控制技术仍存在装置结构复杂、性能不稳定等问题,采用粘弹阻尼复合材料与滚动轴承钢外圈复合结构的一体化滚动轴承,足一种有发展前途的研究方向。     

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     

电磁辅助支承的变刚度减振研究

对一种新型支承结构——电磁辅助支承的变刚度减振进行研究。电磁辅助支承的结构类似挤压油膜阻尼器,它直接将电磁执行器安装在主支承上,通过控制电磁执行器的电流可以改变整个支承的刚度和阻尼。该支承被应用于一单圆盘对称转子实验系统。通过对转子系统建模,仿真不同支承刚度下转子的振动响应,从而可采用变刚度来保证高速转子以较低的振幅平稳度过临界转速。实验结果证明在一阶临界转速附近,可取得70％的较好减振效果。     

一种磁悬浮离心式心脏泵刚度与阻尼特性分析

针对一种磁悬浮离心式心脏泵系统的动态特性,需要分析其刚度与阻尼。为此,分析了径向永磁轴承和开关磁阻电机的径向力学特性,得到磁悬浮转子径向运动方程和控制系统框图; 并结合PD控制器,推导出系统径向刚度与阻尼数学表达式,最后通过实例仿真,得到径向刚度与阻尼特性曲线。研究表明,比例和滤波环节对系统动刚度、阻尼比和固有频率均有显著影响,且在低频段,微分系数与阻尼比近似成正比关系。上述研究为磁悬浮离心式心脏泵控制系统的设计和磁悬浮转子径向位移控制提供理论指导。     

机械加工工艺知识库系统研究

探讨了知识库系统技术在工艺知识系统化处理方面的应用，介绍了一个基于规则表示的工艺知识库及其管理系统；在此基础上，应用面向对象技术及数据库技术，提出了面向对象的工艺知识表示及基于数据库管理系统的工艺知识库系统结构，并认为以工艺知识库管理系统的开发来促进ＣＡＰＰ应用系统的开发，是ＣＡＰＰ系统实用化的重要途径     

山地地铁小半径曲线路段车辆/轨道参数对钢轨波磨的影响

针对山地地铁小半径曲线轨道钢轨波磨频发问题,根据现场调研建立车辆-轨道系统的动力学模型,探究车辆通过小半径曲线时轮轨间的接触特性。根据动力学分析结果建立半车车体-转向架-轨道系统的有限元模型,采用复特征值分析法研究半车车体-转向架-轨道系统摩擦自激振动特性,并研究车辆悬挂参数和轨道扣件参数对整体系统摩擦自激振动的影响规律。采用神经网络结合遗传算法对影响整体系统摩擦自激振动的关键参数进行多参数拟合,并求得车辆/轨道结构关键参数的优化解。结果表明：小半径曲线路段轮轨间的饱和蠕滑力导致半车车体-转向架-轨道系统的摩擦自激振动,从而引起钢轨波磨;车辆结构参数中一系悬挂横向刚度以及轨道结构参数中扣件垂向刚度、扣件横向刚度、扣件垂向阻尼对整个系统的摩擦自激振动具有明显影响。设置一系悬挂横向刚度为5.34 MN/m,扣件垂向刚度为25.45 MN/m,扣件横向刚度为6.9 MN/m,扣件垂向阻尼为6.06 kN·s/m时,能够有效抑制山地地铁小半径曲线轨道上钢轨波磨的产生。     

Modelling of viscoelastic damper support for reduction in low frequency residual vibration in machine tools

Residual vibrations deteriorate the accuracy and productivity of precision machine tools. Rocking vibration is excited by feed motion. Rocking vibration is the mode in which the entire machine vibrates and is the main source of residual vibrations at low frequencies. The characteristics of rocking vibration are influenced by the characteristics of the machine support structure. Thus, it is necessary to increase the damping of the machine support structure to reduce the residual vibrations caused by rocking vibration. In addition, it is important for machine tools to be stiff to reduce vibrations caused by the acceleration of feed drives. Conventional passive damper supports decrease the stiffness of a machine support structure while increasing the damping. Consequently, a passive viscoelastic damper system is developed to increase support damping without decreasing stiffness by focusing on the horizontal component of rocking vibration. However, the proposed damper damping capacity has a magnitude dependency. This makes it difficult to quantitatively determine the damper area in machine tools to reduce rocking vibrations to the required level. In this study, the developed damper is modeled using a viscoelastic four element model. Because of the nonlinearity of the model, an iterative time domain calculation method is introduced for the simulation. This method enables us to quantitatively estimate the effect of the damper on the machine tool. Based on the model proposed in this study, the proposed damper system can be applied to various machine tools to reduce the residual vibration without adjusting the damper area on the machine tool by a trial and error method.     

Inverse identification of the mechanical parameters of a pipeline hoop and analysis of the effect of preload

To create a dynamic model of a pipeline system effectively and analyze its vibration characteristics, the mechanical characteristic parameters of the pipeline hoop, such as support stiffness and damping under dynamic load, must be obtained. In this study, an inverse method was developed by utilizing measured vibration data to identify the support stiffness and damping of a hoop. The procedure of identifying such parameters was described based on the measured natural frequencies and amplitudes of the frequency response functions (FRFs) of a pipeline system supported by two hoops. A dynamic model of the pipe-hoop system was built with the finite element method, and the formulas for solving the FRF of the pipeline system were provided. On the premise of selecting initial values reasonably, an inverse identification algorithm based on sensitivity analysis was proposed. A case study was performed, and the mechanical parameters of the hoop were identified using the proposed method. After introducing the identified values into the analysis model, the reliability of the identification results was validated by comparing the predicted and measured FRFs of the pipeline. Then, the developed method was used to identify the support stiffness and damping of the pipeline hoop under different preloads of the bolts. The influence of preload was also discussed. Results indicated that the support stiffness and damping of the hoop exhibited frequency-dependent characteristics. When the preloads of the bolts increased, the support stiffness increased, whereas the support damping decreased.     

弹簧刚度对TiNi形状记忆合金丝振动响应特性的影响

以TiNi（含Ni的原子分数为50．2％）形状记忆舍金丝为研究对象，在弹簧、砝码和形状记忆舍金丝组成的无阻尼单自由度振动系统中，测定并分析了不同温度和栽荷分布下，弹簧刚度对系统振动响应特性的影响规律。研究结果表明，随着弹簧刚度的增大，传递率增大，系统减振性能下降。