金属橡胶环—滚动轴承—转子系统动力特性的研究

摘要

旋转机械的振动问题困扰已久，金属橡胶作为一种新型功能材料，已有研究者将金属橡胶与油膜阻尼器及磁悬浮轴承组合并应用于转子系统中，取得良好减振效果，但对于在航天领域及高低温等特定环境下，油润滑将失效，且复杂的供油系统及磁悬浮控制系统给机器的运行及维护带来不便。
　　 本文将金属橡胶环紧配合安装在滚动轴承外环与支承座之间，构成金属橡胶滚动轴承组合支承。首先，建立了该组合支承的刚度与阻尼数学模型，并进行分析，得知组合支承的刚度与阻尼均随金属橡胶环孔隙度与厚度的增大、宽度的减小而减小。
　　 其次，用ANSYS软件分别对纯滚动轴承-转子与组合支承-转子的模态、临界转速及不平衡响应进行分析。分析结果表明，采用组合支承，一方面，转子临界转速更小，使转子能够远离临界转速工作，更为安全;另一方面，转轴的弯曲变形更小，圆盘处的不平衡响应也更小，从而一定程度上避免了转子部件因过大变形而断裂。
　　 同时，建立了金属橡胶环-滚动轴承-刚性转子的稳态响应数学模型，分析了金属橡胶参数对刚性转子稳态响应的影响。分析结果表明，组合支承使转子稳态工作时的外传力明显变小，即减小了对支承座的破坏;且随着金属橡胶环孔隙度与厚度的增大、宽度的减小，临界转速区域变窄，转子系统稳态工作时的外传力更小，转子系统能更快越过临界转速区域并平稳工作。
　　 综上所述，金属橡胶滚动轴承组合支承能有效减少转子系统的振动，并随着金属橡胶环孔隙度与厚度的增大、宽度的减小，减振效果越好。
　　 此外，本文还设计了高速转子实验平台，为后续实验研究奠定基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．1．1 课题研究的背景

1．1．2 课题研究的意义

1．2 国内外研究现状

1．2．2 传统弹性阻尼支承-转子系统

1．2．1 金属橡胶减振性能及其组合支承-转子系统

1．3 本文研究的主要内容

第2章 金属橡胶滚动轴承组合支承的刚度与阻尼特性分析

2．1 转子动力学基本理论

2．1．1 转子涡动分析

2．1．2 临界转速与不平衡响应

2．2 组合支承的减振原理

2．3 组合支承的刚度与阻尼数学模型

2．4 组合支承的刚度与阻尼特性分析

2．4．1 组合支承的刚度特性分析

2．4．2 组合支承的阻尼特性分析

2．5 本章小结

第3章 转子模态与临界转速分析

3．1 ANSYS转子动力学分析介绍

3．2 转子有限元模型的建立

3．3 转子模态分析

3．4 转子临界转速分析

3．4．1 转子临界转速的计算

3．4．2 金属橡胶环参数对转子嘘界转速的影响

3．5 本章小结

第4章 金属橡胶环-滚动轴承-转子系统稳态响应分析

4．1 金属橡胶环-滚动轴承-刚性转子系统稳态响应数学模型

4．1．1 转子系统运动微分方程

4．1．2 传递率与振幅比数学模型

4．2 金属橡胶环-滚动轴承-刚性转子系统稳态响应分析

4．2．1 金属橡胶环刚度对刚性转子系统稳态响应的影响

4．2．2 金属橡胶环阻尼对刚性转子系统稳态响应的影响

4．2．3 金属橡胶环参数对刚性转子系统稳态响应的影响

4．3 金属橡胶环-滚动轴承-柔性转子稳态响应分析

4．4 本章小结

第5章 金属橡胶环-滚动轴承-转子系统实验设计

5．1 实验目的与内容

5．2 金属橡胶环的制备

5．2．1 金属橡胶环的制备工艺

5．2．2 金属橡胶绕丝机的设计

5．3 转子实验平台的设计

5．3．1 实验测试系统框架图

5．3．2 转子实验台的设计

5．3．3 数据采集与处理系统

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果