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《东北大学》 2015年
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超声悬浮及转子振动抑制的理论与实验研究

张文兵  
【摘要】:随着科学技术的不断进步,人们对现代设备的精密性要求也逐渐提升;机械设备在运行过程中多数存在的振动问题变得也更加的明显。例如旋转机械,为了提高其工作效率,转子与静子之间的间隙变得越来越小,因而转子的振动可能会发生转静子间的碰撞,这对转子系统将会带是很大的危害。近年来,近场超声悬浮效应作为一种新颖的抑制振动的方法得到广泛关注。许多学者正在探寻利用超声悬浮来实现对旋转机械各种常见故障如不平衡、不对中等的控制或抑制。本文首先对超声悬浮现象进行了实验测试,从超声悬浮机理出发,采用数值分析和高阶差分的方法对其进行了求解。对超声波挤压膜悬浮特性和承载能力进行了理论与实验研究,并结合凹面超声悬浮的影响因素探讨其影响规律。根据超声悬浮的机理将其应用到抑制转子不平衡振动并采用实验进行了论证。本文的主要工作包括以下几个方面:首先,由声辐射原理推出了超声悬浮解析解公式,对超声波挤压膜数值解进行了理论推导并利用高阶差分方法对其仿真求解。针对气膜力与悬浮间隙、超声波振幅、气压、超声波频率等因素的关系进行了分析,求解了各个参数对超声悬浮性能的影响规律。以超声悬浮承载能力试验和与气压关系的试验超声悬浮机理进行了验证。其次,针对凹面超声波气体挤压膜气膜力采用通过平面气膜力分解与合成求得。另外结合摩擦学原理研究粗糙度对凹面挤压膜悬浮力的影响,同时对于凹面超声悬浮与转子形成的挤压膜考虑了转速的影响。然后,用数据拟合的方法求得超声波挤压膜气膜力的公式,将其作用于不平衡转子系统中。并对转子系统振动抑制的响应进行数值仿真求解,对各个情况下的结果进行对比探讨了不同参数下的振动抑制效果。最后,设计了超声悬浮抑制转子振动的实验台,通过实验测试不同因素下转子系统的振动响应来验证各个因素对超声挤压膜力的影响以及超声悬浮在转子不平衡振动抑制中的作用。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TH113.1

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