圆锥多层钢片阻尼器设计及动力特性研究

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圆锥动静压滑动轴承兼具动压轴承与静压轴承的特点,且可以承受径向与轴向载荷,具有润滑性能好、启停平稳、间隙易调等优点。但油膜轴承在高速工作时容易发生由油膜涡动、油膜振荡引发的动态失稳问题。其原因是当转子系统的工作频率超过系统固有频率的两倍时,油膜的特性使得其平均频率接近系统的固有频率,油膜就会发生涡动现象并引发系统自激振动。若此时系统不能通过阻尼减振的方式消耗能量解决涡动,则会发生锁频现象,油膜振荡频率保持在系统的固有频率处且振幅迅速升高,导致系统动态失稳。针对高速转子系统中阻尼减振技术的需求,本课题聚焦于圆锥动静压轴承支承的高速转子系统,提出一种新型圆锥多层钢片阻尼器,具有径向与轴向的阻尼减振能力,以抑制高速转子系统振动,改善其动态特性,解决油膜支承的高速转子系统在临界转速以上工作时出现的动态失稳等问题。本文从圆锥多层钢片阻尼器的结构设计入手,完成了阻尼器的主要结构参数的分析与选择,选取了合适的阻尼内外环元件材料,制定了阻尼内外环元件的成型工艺,完成了阻尼器的制备与装配。通过ANSYS仿真对圆锥多层钢片阻尼器的刚度特性进行静力学分析,对不同参数下阻尼器的总体变形、等效应变、等效应力进行了分析,研究了阻尼器的刚度特性与阻尼内外环元件层数、厚度等因素的关系。对圆锥多层钢片阻尼器的阻尼特性进行了分析,完成了工作条件下的受力分析,针对阻尼器内部阻尼元件之间的相互作用,对变形过程中微动滑移导致的摩擦力耗能进行分析,推导出了圆锥多层钢片阻尼器能量耗散系数的计算公式,并用MATLAB计算出能量耗散系数与阻尼器结构参数之间的关系。对圆锥多层钢片阻尼器进行了相关的实验研究,研究分为两部分:静态实验、动态实验。完成了静态实验装置的设计与搭建,通过静态实验得到阻尼器不同结构参数和不同工作载荷下圆锥多层钢片阻尼器的迟滞特性,通过对迟滞回线的分析求得阻尼器的能量耗散系数与刚度,验证了阻尼器能量耗散系数的理论推导与刚度的仿真分析的正确性。搭建并完善了高速转子实验台,在高速转子实验台上对刚性支承转子系统与阻尼器弹性支承转子系统进行对比实验研究,获得不同参数条件下的转子系统的振动波形、轴心轨迹、三维频谱与系统振动响应等实验结果,分析了不同参数对阻尼器转子系统动态特性的影响。通过对比相同工作环境下的刚性支承转子系统的振动响应,验证了阻尼器良好的阻尼减振性能。本文为圆锥多层钢片阻尼器的工程实际应用提供了依据。
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