挤压式磁流变弹性体阻尼器-转子系统的振动特性试验

　　磁流变(MR)材料是一类具有流变特性的智能材料,在磁场的作用下,其流变特性可发生连续的、迅速的和可逆的变化。磁流变材料有液体、固体和泡沫等形式^[1]。近十年来对磁流变液的研究引起了学术界的广泛关注^[2-3]。文献[4-5]研究了磁流变液阻尼器在转子振动控制中的应用,其振动控制方法是在柔性转子升速和降速过程中对阻尼器加电以改变磁流变液阻尼器的阻尼和刚度,控制转子经过临界转速时的剧烈振动。磁流变液中固体颗粒的沉降是影响阻尼器性能及其实际应用的主要问题之一。解决的办法是研制沉淀稳定性优良的磁流变液或改用其他形式的磁流变材料。磁流变弹性体是具有磁流变效应的固体材料,一般可由铁磁颗粒和橡胶或凝胶混合固化而成。使用这种材料的优点是颗粒不会随时间而沉降,也不需要将磁流变材料保持在一个密封的工作环境中。其工作方式主要有两种,即剪切式和挤压式^[6]。本文研制了一种具有较大铁粉颗粒的磁流变弹性体,并设计制作了一种自定心挤压式磁流变弹性体阻尼器,试验研究了支承在该阻尼器上的单盘悬臂柔性转子系统的不平衡响应特性,提出了抑制临界振动的开关控制方法。

　　1　试验装置和试验过程

　　挤压式磁流变弹性体阻尼器的结构如图1所示。它具有两组弹性单元,每组弹性单元由1个移动环、1个静止环和两环间隙中粘附的磁流变弹性体组成,环间距为2 mm。磁流变弹性体由室温固化硅橡胶、铁粉和硅油按一定比例(铁粉质量分数为50%)混合后在模具中室温固化而得。所使用的铁粉为颗粒平均直径为80μm的还原铁粉。弹性体在模具中固化时施加一定磁场以使弹性体沿磁场方向形成链状结构,提高磁流变效应。由于弹性体具有一定的刚度,所以它直接用于支承转子,形成自定心支承,而不采用常规的鼠笼式(或组合式)弹性支承^[4-5]。转轴回转时,移动环跟随转轴涡动,与静止环间的磁流变弹性体形成相对挤压表面。线圈通以直流电以产生磁场,控制线圈电流即可控制磁场强度,进而改变弹性体的弹性模量以及阻尼器的阻尼力。壳体、支承套、移动环和静止环作为磁路引导元件,均由低碳钢制造,以保证磁场沿垂直于移动环表面的方向穿过磁流变弹性体。

　　试验转子系统如图2所示。转轴的直径为9·5 mm,长度为500 mm。圆盘的直径为76 mm,质量为0·6 kg。转轴通过半刚性联轴器与一直流电动机相连,通过调速器可使转速从0~10 000r/min连续可调。测试设备由键相光电传感器、电涡流传感器及其前置器、示波器、数据采集器和微型计算机等组成。键相光电传感器对准联轴器上的反光铝箔,用于测量转速,并作为测量相位角的参考标志。两只电涡流传感器用来测量圆盘对机座的水平和垂直方向的相对位移;另外两只电涡流传感器用来测量阻尼器轴承处轴对机座的水平和垂直方向的相对位移。因转轴较细,故用于测轴振动的两只电涡流传感器在轴的长度方向相互错开20 mm以防止信号互相干扰。图2中仅显示了两个垂直方向的电涡流传感器。使用美国本特利公司的ADRE for Windows振动分析系统和南京汽轮高新技术开发公司的CRAS旋转机械振动分析系统进行位移和转速信号的监视、采集、记录以及分析,以获得转子在圆盘和阻尼器轴承处的轴心轨迹、时域波形、波德图等。