旋转机械主动隔振研究Ⅰ:功率流传递特性

　　0　引言

　　航空航天、船舰、精密仪表等现代高精尖技术的飞速发展,对隔振的要求越来越苛刻,促进了振动控制技术的发展[1],也使主动隔振技术成为振动隔离研究的重要方向和发展趋势,受到中外学者的普遍重视[2~4]·近代,高精度、高转速或超高转速数控机床等旋转机械的广泛应用,使被动隔振无法满足严格的隔振要求,从客观上要求分享主动控制的技术优势,从而可以突破被动隔振技术的极限,实现机床等一类旋转机械本身的高水平的振动控制·另外,近几年来,由于力学、计算机技术、控制技术以及材料等相关科学的进步,从外部条件上为实现这一类旋转机械的主动控制提供了保证·因此,研究旋转机械的主动隔振系统的传递特性,用主动控制方法实现这类旋转机械的高水平的振动隔离,具有十分重要的意义·用功率流方法来研究机床等旋转机械的主动控制问题,在国内外的文献中还比较少见,并且,主动隔振系统的理论和技术发展还远没有成熟[5]·

　　目前,主动隔振研究主要分为两方面:振动在主动隔振系统中的传递机理和各种控制策略的研究[6]·鉴于振动主动控制的研究日益受到重视,建立一种综合考虑被动与主动控制模式两方面因素的,复杂隔振系统的一般动力学模型,是非常有意义的·这里所写的两个题目正是按照这个思路开展研究工作的·这是旋转机械主动隔振研究的第一篇,主要探讨被动隔振系统下,功率流的传递特性,为第二篇的功率流传递的主动控制作好准备·

　　1　隔振系统的一般模型及动力学分析

　　图1所示为机床等一类旋转机械的一般隔振系统模型·其中,隔振器可以是被动隔振器和主动作动器的并联或串联组合,但是无论何种情况,它们之间都存在比较强的耦合作用·这里主要研究被动隔振情况下,振动能量的传递情况,因此,这里把作动器的控制力定为零,在实际中起作用的只是一般的橡胶隔振器,即系统为纯被动隔振系统·以前的研究表明,对于中低频率的情况,大部分的振动能量都是通过隔振器的轴向来传播的,也就是说,在小于1000rad/s的中低频率以下,通过隔振器轴向传输到基础的功率流占绝对优势·

　　由于对机床等一类旋转机械来说,转速比较快,转动的质量比较大,并且机械的各个机构的运动同时进行,运动比较复杂·机床的旋转机械等的高速或超高速运转,可以导致严重的高频噪声,因此,为进一步研究能量流的分布规律,这里考虑机器的三个方向运动的自由度,分析时,考虑沿Z轴和Y轴的振动以及绕X轴的转动[7].

　　对于图1所示的模型,机器受到一个初始的复合激励,包括Z轴和Y轴方向上的扰动简谐力以及绕X轴的力矩作用,因此对于机器所受复合激励为