磁流变液阻尼器-转子-滑动轴承系统稳定性实验研究

　　磁流变液阻尼器是利用在磁场作用下磁流变液的粘度可作出急剧变化的特性而制成的新型振动控制元件。文[1]报道了一种剪切式磁流变液阻尼器在转子系统振动控制中的应用。研究表明,这种磁流变液阻尼器不仅具有明显的阻尼减振效果,而且具有显著的增加刚度的效果,因而可以提高系统的临界转速;借助这种移频作用,采用开关控制方法可使转子顺利越过临界转速[1]。在实验过程中还发现转子系统存在运动稳定性问题。本文将介绍支承在磁流变液阻尼器和滑动轴承上的单盘悬臂转子系统的运动稳定性实验结果。

　　1　实验转子系统简介[1]

　　实验转子系统和磁流变液阻尼器的结构分别如图1和图2所示。磁流变液阻尼器内部具有3个移动盘和2个静止盘,盘间距为1.5mm,在间隙中充满磁流变液。移动盘通过弹性支承联结到阻尼器壳体上,并通过滚动轴承与转轴相联接,从而只能跟随转轴涡动而不能自转。移动盘和磁流变液形成6个相对摩擦表面,给转轴提供剪切阻尼力。阻尼器内的线圈通直流电时产生磁场,对磁流变液的粘度施加控制。本研究中使用一种自制的磁流变液。它是由直径为1μm左右的羰基铁粉和粘度为100cst的硅油混合而成;颗粒体积分数为35%。

　　2　实验过程

　　测试的信号包括轴的转速(使用键相光电传感器)以及悬臂盘在水平和垂直方向的位移(使用两只电涡流传感器)。这些信号经旋转机械振动监视及分析系统采集、记录及分析,可以获得转子在悬臂盘处的轴心轨迹、时域波形、频响曲线和瀑布图等。为了研究转子系统在各种控制条件下的稳定性,主要进行以下三种实验:

　　(1)转速瞬态、电流稳态实验:转子的转速从0升速到7000r/min,阻尼器分别施加0.25A0.5A0.75A和1A的稳态电流;

　　(2)转速稳态、电流瞬态实验:转子分别在1500r/min、2000r/min、3000r/min、4000r/min、5000r/min、6000r/min、7000r/min稳定运转,阻尼器突然施加或撤除1A电流;

　　(3)转速瞬态、电流瞬态实验:为抑制转子临界振幅,按开关控制方法在转子升速或降速达到某一转速时瞬态撤除或施加1A电流。

　　3　实验结果及分析

　　3.1　转速瞬态、电流稳态时的实验

　　图3是升速时转子水平方向的频响曲线(基频信号)随控制电流的变化。从幅频曲线可见,当电流I=0.25A、0.5A时,系统呈现一定的阻尼减振效果;当I=0.75A、1A时,系统表现出较强的移频效果。当I=0A时,一阶临界转速为ncr0=1600r/min,而当I=1A时,临界转速提高到ncr1=250r/min。这说明随着控制电流增加,阻尼器内的磁流变液由液态转变为类固态,使阻尼器支承由弹性支承逐步向刚性支承靠近,从而使临界转速增大。