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基于粘滞阻尼器和调谐质量阻尼器的转子系统振动控制研究

黄秀金  
【摘要】:转子是大型旋转机械的核心部件。在运转过程中,机器可能由于不平衡、碰摩、不对中、油膜涡动等故障引起不同程度的振动。而如何采取有效措施降低转子系统的振动,已成为控制旋转机械振动的热点问题。本文在传统的阻尼减振技术基础上,研究设计了一种具有高效减振效果的新型剪切式粘滞阻尼器,并引入到转子系统中对不同故障引起的振动进行被动控制研究。在被动阻尼减振研究基础上,针对转子不平衡下的高频振动,设计了半主动调谐质量阻尼器(STMD)对转子系统振动进行在线控制研究。其主要研究内容如下:(1)理论分析了粘滞性阻尼器的减振特性,并建立了本文所设计的用于转子的新型剪切式粘滞阻尼器的力学模型。(2)探讨粘滞阻尼器控制转子不平衡振动。研究其对转子不平衡减振的机理,建立了单跨及双跨转子振动试验台,有限元仿真并试验探究了该粘滞阻尼器对单跨转子及双跨转子系统不平衡振动的减振特性。(3)研究粘滞阻尼器抑制转子碰摩振动。采用有限元法理论研究该阻尼器对一个支撑在滑动轴承上的单跨碰摩转子系统的抑振作用,在理论分析基础上并设计相应试验进行验证。仿真计算与试验结果表明,该阻尼器可以有效消减碰摩转子系统复杂的高频振动。(4)研究粘滞阻尼器抑制转子不对中振动。利用有限元方法分析讨论了该剪切粘滞阻尼器对不对中振动响应的抑制作用,并设计相应试验平台进行验证。仿真计算与试验结果表明,该阻尼器能对转子系统不对中故障的振动进行很好的控制,一定程度改善整个转子系统的稳定性。(5)研究粘滞阻尼器抑制齿轮轴系振动。针对齿轮轴系较为复杂的振动与噪声特性,将所设计的粘滞阻尼器作用于齿轮轴以达到减振的目的。搭建不同的齿轮减振试验台,验证该粘滞阻尼器的减振特性,为齿轮轴系减振提供一种新方法。(6)理论研究了调谐质量阻尼器对结构的振动控制机理,推导了被控主系统安装TMD前后的稳态响应。利用MATLAB模拟仿真,讨论了TMD质量比、频率比等结构参数对减振效果的影响。在此基础上优化设计了适合转子系统用的新型笼式调谐质量阻尼器,采用有限元法及搭建了振动试验台研究其结构特性。(7)将新型笼式调谐质量阻尼器应用到转子系统中,设计了基于转速的分段控制策略通过在线控制TMD的刚度、质量参数,从而实现对转子系统振动的半主动控制,通过转子动力学仿真分析,模拟其减振性能。搭建了单跨转子、双盘悬臂转子及双跨转子试验台对比分析了不可控型笼式TMD与可控型笼式TMD的减振效果,结果表明可控型笼式TMD能很好避免TMD引起的新的共振峰,更有效发挥TMD的吸振作用,相对于不可控TMD更具有优势。


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