圆锥多层钢片阻尼器设计及动力特性研究
发布时间：2021-04-16 08:49
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...
【文章来源】：厦门理工学院福建省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１干摩擦多层波纹钢板阻尼器??从事航空发动机研制的库兹涅佐夫设计局成功地将干摩擦阻尼器应用于??ＨＫ－８８、ＨＫ－１２、ＨＫ－１４４、ＨＫ－１８等多种型号的航空发动机中［３６］，如图１－２所示
?第一章绪论????图１－２多层钢板阻尼器发动机转子部位??受制于技术封锁等原因，我国阻尼减振领域发展缓慢，多采用挤压油膜阻尼器??（Ｓｑｕｅｅｚｅ?ｆｉｌｍ?ｄａｍｐｅｒ，?ＳＦＤ），严重制约了我国航空发动机、船舶螺旋桨推进器等??的性能及稳定性。而实际上，设计ＳＦＤ的方法是采用经验、理论和试验相结合的试??凑法［３７］，且ＳＦＤ在较大不平衡量和高转速时，会出现非线性双稳态跳跃和非协调进??动等现象［３８］。因此，ＳＦＤ的稳定性不佳，它难以适应更大的不平衡范围，其阻尼支??承系统的可靠性不高。??近年来也有不少国内学者进行了干摩擦阻尼减振与转子系统的应用研究。李辉??［３９］等研宄了用于篦齿封严装置的干摩擦式阻尼减振器，结果表明干摩擦阻尼器可以??增加篦齿封严装置的稳定性，阻尼套筒比阻尼环的接触面积更大，阻尼性能更加良??好。范天宇［４（）］等通过建立用于转子系统的千摩擦阻尼器的结构模型和力学模型，探??明了千摩擦阻尼器的阻尼效果和镇定机理，给出了确定千摩擦阻尼器镇定边界的能??量平衡方法。如图１－３所示，在前期基础上提出了新型弹性支承干摩擦阻尼器的结构??方案，并通过实验验证了阻尼器的性能［１９］。??／／／／／／／／／／／／／／??１．联轴器２．轴承支座３．鼠笼式弹性支承４．动摩擦片５．轴承６．静摩擦片７．支承??８．弹簧前导杆９．弹簧１０．轴１１．弹簧后导杆１２．压板１３．弹簧筒??图１－３弹支干摩擦阻尼器局部结构图??５??
?厦门理工学院硕士学位论文????由此可见，弹性支承干摩擦阻尼器对于转子的自激振动有明显的镇定作用，其??中千摩擦阻尼减振起到重要作用。弹支千摩擦阻尼器可以抑制转子系统的振动也可??以降低转子系统临界转速的振幅，这对于柔性转子有着重要的意义。??王四季［４１，４２］等设计了一种可以主动控制的弹性支承干摩擦阻尼器。该主动控制??式弹支干摩擦阻尼器对转子系统的阻尼减振效果明显。通过选择合适的控制方案，??使主动式弹支干摩擦阻尼器减振效果达到最优，实现了对转子系统动态响应的干预??和控制。主动式的弹支干摩擦阻尼器具有减振效果好，功耗小，易于控制等优点。??主动控制的弹性支承干摩擦阻尼器虽然效果显著，但其结构复杂，构件数量多，在??复杂、恶劣等环境下以及轻量化要求的前提下难以稳定有效的持续工作。??宋明波［４３］等设计了一种带有压电陶瓷执行机构的主动式弹性支承干摩擦阻尼??器，其对转子系统的振动具有明显的抑制作用。这种阻尼器对转子系统的振动具有??明显的抑制作用，转子经过临界转速点的振幅最大减小约６６％，并且与原阻尼器相??比，结构更简单，质量减少一半，且功耗更低。电磁铁作动的弹性支承干摩擦阻尼??器结构如下图１－４所示。??弹性友承支座?电昉ｆｔ作动器??／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／??图１－４电磁铁作动的弹性支承干摩擦阻尼器结构简图??在此研宄基础上，宋明波［４４］等为了进一步减小弹性支承干摩擦阻尼器的尺寸，??设计了一种全新的折返式可控弹支干摩擦阻尼器。阻尼器结构图如下图１－５所示。该??阻尼器结构改进后取消了作动器支座，缩小了阻尼器的尺寸，并通过实验验证了良??好的阻尼性能。??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空发动机承力结构系统阻尼减振设计方法[J]. 章健,马艳红,王永锋,洪杰. 航空动力学报. 2019(11)
[2]折返式可控弹支干摩擦阻尼器设计及减振试验研究[J]. 宋明波,廖明夫,王四季. 振动与冲击. 2019(14)
[3]带缘板阻尼结构转子叶片振动特性的影响参数分析[J]. 张大义,杨诚,夏颖,付检伟,洪杰. 振动与冲击. 2019(10)
[4]供油条件对挤压油膜阻尼器等效阻及周向位置阻尼的影响[J]. 周海仑,张明,成晓鸣,唐振寰,曹鹏. 机械工程学报. 2018(06)
[5]一种求解干摩擦带冠叶片动力学响应的方法[J]. 谢方涛,崔璨,马辉,闻邦椿. 振动工程学报. 2018(01)
[6]考虑滑移流影响的新型弹性支承微型箔片动压气浮轴承的性能分析[J]. 冯凯,王乾振,李文俊,赵雪源,张智明. 机械工程学报. 2017(17)
[7]航空发动机中的干摩擦阻尼器及其设计技术研究进展[J]. 李琳,刘久周,李超. 航空动力学报. 2016(10)
[8]干摩擦阻尼器对宽频多阶次激励减振效果分析[J]. 李琳,刘久周,李超. 航空动力学报. 2016(09)
[9]高速大功率密度齿轮传动系统的干摩擦阻尼环减振特性研究[J]. 冯海生,王黎钦,彭波,赵小力,郑德志. 机械工程学报. 2017(21)
[10]干摩擦阻尼对失谐叶盘系统受迫振动的影响[J]. 刘雅琳,上官博,徐自力. 西安交通大学学报. 2016(02)
博士论文
[1]新型高阻尼气体箔片轴承及其转子系统的理论和实验研究[D]. 赵雪源.湖南大学 2017
[2]金属橡胶环与圆锥轴承组合支承转子系统振动性能研究[D]. 李胜波.哈尔滨工业大学 2012
[3]多层钢板转子阻尼器及相关技术研究[D]. 郝德刚.哈尔滨工业大学 2008
[4]弹性支承干摩擦阻尼器减振研究[D]. 范天宇.西北工业大学 2006
硕士论文
[1]多层波纹钢板隔振器力学性能仿真及实验研究[D]. 张露.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3141120
【文章来源】：厦门理工学院福建省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１干摩擦多层波纹钢板阻尼器??从事航空发动机研制的库兹涅佐夫设计局成功地将干摩擦阻尼器应用于??ＨＫ－８８、ＨＫ－１２、ＨＫ－１４４、ＨＫ－１８等多种型号的航空发动机中［３６］，如图１－２所示
?第一章绪论????图１－２多层钢板阻尼器发动机转子部位??受制于技术封锁等原因，我国阻尼减振领域发展缓慢，多采用挤压油膜阻尼器??（Ｓｑｕｅｅｚｅ?ｆｉｌｍ?ｄａｍｐｅｒ，?ＳＦＤ），严重制约了我国航空发动机、船舶螺旋桨推进器等??的性能及稳定性。而实际上，设计ＳＦＤ的方法是采用经验、理论和试验相结合的试??凑法［３７］，且ＳＦＤ在较大不平衡量和高转速时，会出现非线性双稳态跳跃和非协调进??动等现象［３８］。因此，ＳＦＤ的稳定性不佳，它难以适应更大的不平衡范围，其阻尼支??承系统的可靠性不高。??近年来也有不少国内学者进行了干摩擦阻尼减振与转子系统的应用研究。李辉??［３９］等研宄了用于篦齿封严装置的干摩擦式阻尼减振器，结果表明干摩擦阻尼器可以??增加篦齿封严装置的稳定性，阻尼套筒比阻尼环的接触面积更大，阻尼性能更加良??好。范天宇［４（）］等通过建立用于转子系统的千摩擦阻尼器的结构模型和力学模型，探??明了千摩擦阻尼器的阻尼效果和镇定机理，给出了确定千摩擦阻尼器镇定边界的能??量平衡方法。如图１－３所示，在前期基础上提出了新型弹性支承干摩擦阻尼器的结构??方案，并通过实验验证了阻尼器的性能［１９］。??／／／／／／／／／／／／／／??１．联轴器２．轴承支座３．鼠笼式弹性支承４．动摩擦片５．轴承６．静摩擦片７．支承??８．弹簧前导杆９．弹簧１０．轴１１．弹簧后导杆１２．压板１３．弹簧筒??图１－３弹支干摩擦阻尼器局部结构图??５??
?厦门理工学院硕士学位论文????由此可见，弹性支承干摩擦阻尼器对于转子的自激振动有明显的镇定作用，其??中千摩擦阻尼减振起到重要作用。弹支千摩擦阻尼器可以抑制转子系统的振动也可??以降低转子系统临界转速的振幅，这对于柔性转子有着重要的意义。??王四季［４１，４２］等设计了一种可以主动控制的弹性支承干摩擦阻尼器。该主动控制??式弹支干摩擦阻尼器对转子系统的阻尼减振效果明显。通过选择合适的控制方案，??使主动式弹支干摩擦阻尼器减振效果达到最优，实现了对转子系统动态响应的干预??和控制。主动式的弹支干摩擦阻尼器具有减振效果好，功耗小，易于控制等优点。??主动控制的弹性支承干摩擦阻尼器虽然效果显著，但其结构复杂，构件数量多，在??复杂、恶劣等环境下以及轻量化要求的前提下难以稳定有效的持续工作。??宋明波［４３］等设计了一种带有压电陶瓷执行机构的主动式弹性支承干摩擦阻尼??器，其对转子系统的振动具有明显的抑制作用。这种阻尼器对转子系统的振动具有??明显的抑制作用，转子经过临界转速点的振幅最大减小约６６％，并且与原阻尼器相??比，结构更简单，质量减少一半，且功耗更低。电磁铁作动的弹性支承干摩擦阻尼??器结构如下图１－４所示。??弹性友承支座?电昉ｆｔ作动器??／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／??图１－４电磁铁作动的弹性支承干摩擦阻尼器结构简图??在此研宄基础上，宋明波［４４］等为了进一步减小弹性支承干摩擦阻尼器的尺寸，??设计了一种全新的折返式可控弹支干摩擦阻尼器。阻尼器结构图如下图１－５所示。该??阻尼器结构改进后取消了作动器支座，缩小了阻尼器的尺寸，并通过实验验证了良??好的阻尼性能。??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空发动机承力结构系统阻尼减振设计方法[J]. 章健,马艳红,王永锋,洪杰. 航空动力学报. 2019(11)
[2]折返式可控弹支干摩擦阻尼器设计及减振试验研究[J]. 宋明波,廖明夫,王四季. 振动与冲击. 2019(14)
[3]带缘板阻尼结构转子叶片振动特性的影响参数分析[J]. 张大义,杨诚,夏颖,付检伟,洪杰. 振动与冲击. 2019(10)
[4]供油条件对挤压油膜阻尼器等效阻及周向位置阻尼的影响[J]. 周海仑,张明,成晓鸣,唐振寰,曹鹏. 机械工程学报. 2018(06)
[5]一种求解干摩擦带冠叶片动力学响应的方法[J]. 谢方涛,崔璨,马辉,闻邦椿. 振动工程学报. 2018(01)
[6]考虑滑移流影响的新型弹性支承微型箔片动压气浮轴承的性能分析[J]. 冯凯,王乾振,李文俊,赵雪源,张智明. 机械工程学报. 2017(17)
[7]航空发动机中的干摩擦阻尼器及其设计技术研究进展[J]. 李琳,刘久周,李超. 航空动力学报. 2016(10)
[8]干摩擦阻尼器对宽频多阶次激励减振效果分析[J]. 李琳,刘久周,李超. 航空动力学报. 2016(09)
[9]高速大功率密度齿轮传动系统的干摩擦阻尼环减振特性研究[J]. 冯海生,王黎钦,彭波,赵小力,郑德志. 机械工程学报. 2017(21)
[10]干摩擦阻尼对失谐叶盘系统受迫振动的影响[J]. 刘雅琳,上官博,徐自力. 西安交通大学学报. 2016(02)
博士论文
[1]新型高阻尼气体箔片轴承及其转子系统的理论和实验研究[D]. 赵雪源.湖南大学 2017
[2]金属橡胶环与圆锥轴承组合支承转子系统振动性能研究[D]. 李胜波.哈尔滨工业大学 2012
[3]多层钢板转子阻尼器及相关技术研究[D]. 郝德刚.哈尔滨工业大学 2008
[4]弹性支承干摩擦阻尼器减振研究[D]. 范天宇.西北工业大学 2006
硕士论文
[1]多层波纹钢板隔振器力学性能仿真及实验研究[D]. 张露.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3141120
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