挤压式磁流变阻尼器在转子系统中的减振研究

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在传统以及新型工业制造中,旋转机械都是极其重要的部件,肩负着动力转矩的输出和传动,广泛应用在发动机、离心机、汽轮机和压缩机中等等。随着旋转机械在各行业的不断应用发展,对旋转机械的超临界转速、结构(双转子或三转子)和功率也提出了越来越高的要求。磁流变液(Magnetorheological fluid,MRF)是一种新型智能材料,在磁场的作用下,可形成带有刚度和阻尼的链状结构,其产生的刚度和阻尼会随着磁场的变化而变化,因此可以用于各类机械设备中。在试验中,将阻尼器安装在转子-支撑系统中,通过改变阻尼器线圈中的电流来控制阻尼和刚度,进而实现对转子的实时振动控制。首先,制备了四组体积分数的MRF,并将于磁场作用下测试其流变性能,分析了不同的体积分数、磁场强度以及剪切速率对MRF剪切屈服应力的影响,具体为:磁场强度为0时,MRF为牛顿流体。随着剪切速率、磁场强度、体积比的增加,MRF剪切应力也随之增加。在剪切初期,剪切应力在0 s-1到5.05 s-1内快速增加90.9%,之后增速平缓;随着磁场强度的增加,剪切应力先快速增大后增速放缓;MRF剪切屈服应力基本与其体积比呈线性关系。其次,利用单盘转子模型来分析基于阻尼器的转子系统振动原理。对转子系统进行简化并建模,并对其进行模态分析,通过改变阻尼器的刚度和阻尼发现,在阻尼和加速度不变的情况下,随着支撑刚度的增加,转子系统的固有频率和临界转速随之增加,系统的最大振幅也随之增加。从振幅最大的时刻开始,系统最大振幅衰减率在5s时间内逐渐增大,从11.72%增加至43.40%;在刚度和加速度不变的情况下,随着阻尼的增加,转子系统的固有频率和临界转速增加甚微,系统的振幅随之减小。从振幅最大的时刻开始,系统最大振幅衰减率在5s时间内逐渐减小,从44.66%减小至13.14%。最后,对MRF阻尼器的结构进行了设计,并对其进行计算仿真,同时搭建了转子振动测试平台,设置了不同的励磁电流和MRF体积比两组变量,测试其对转子振动的影响。试验发现:随着励磁电流和MRF体积比的增加,转子振动加速度随之减小。基于以上结论,确定转子系统的减振控制方案。进一步,对转子系统施加控制方案后,其振动加速度的衰减率为36.59%,可使转子系统安全平稳的跨越临界转速和共振区。
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