在现代工业中,转子系统往往作为机械系统的动力提供或输出部分,其高效、稳定工作是多种机械系统正常工作的基础。在转子的旋转运行过程中,由于受不平衡质量、外部冲击等各种因素影响,转子系统常常出现各种人们不希望出现的振动。因此,长期以来,转子系统的振动控制问题一直是较为活跃的研究领域之一。因为转子都是支承在各式轴承上,所以在转子振动控制方式中,最常见的控制方法之一就是使用各类“主动”或“智能”轴承,通过某些手段调节轴承特性,从而实现调控或抑制转子振动的目的。本研究来源于国家重点基础研究发展计划(973计划):“大型装备中动力学非线性耦合机理”(2011CB706502)。本文提出了一种基于智能流体的流体动力润滑轴承。此种轴承基本结构为浮环轴承,润滑剂使用自制磁流变液,轴承外部设置有产生磁场的励磁系统。这种主动轴承通过调节磁场强度,改变轴承内磁流变液性质,进而改变轴承特性,从而实现转子振动控制的目的。为了分析论证此种轴承的可行性,论文主要从理论、及实验验证两方面对这种轴承进行了研究。在理论方面,论文将将磁流变液归类为Herschel-Bulkley(HB)流体,研究了此种流体的润滑性能。由于此模型中,剪切速率和剪切应力呈现较强的非线性关系,论文并未直接采用传统Reynolds方程,而是从基础的流体动量守恒以及连续性方程入手,通过将HB模型整合进这些方程中,得到了描述此类流体润滑的隐式Reynolds方程。鉴于HB流体存在屈服应力、剪切稀化等有别于普通牛顿流体的效应,论文利用此方程,分析了在润滑油膜中刚性核的分布,研究了使用此类流体时润滑油膜的压强、剪切应力特点。论文进一步将此种润滑模型引入浮环轴承,研究了流体动力润滑轴承中存在自由运动的浮环时,其两层润滑油膜的特性,证明了在外油膜中,由于其较低的剪切速率,磁流变液的剪切稀化效应得到了较好的抑制,为使用磁流变液作为此类轴承的润滑剂提供了理论基础。同时,论文利用研究浮环轴承的理论,分析了半浮环轴承,考察了其外层挤压油膜的流变及润滑特性,证明了此油膜的阻尼特性可受外部磁场调控,起到可控挤压油膜的作用。利用Timoshenko梁理论,结合上述磁流变液润滑浮环轴承理论,论文建立了浮环轴承-转子系统的动力学理论模型,并利用有限元法和Newmark-法求解了此系统的瞬态响应,研究了转子在升速、恒速以及受冲击时的不平衡响应,在理论上证明了此种轴承在转子振动控制中的作用。在实验验证方面,论文首先完成了采用磁流变液润滑浮环轴承的设计制作。根据轴承特点,设计轴承从传统浮环轴承入手,考虑到磁流变液的特殊性,选取了较大的轴承间隙。在轴承外部设计了包含四个线圈和磁极的励磁系统,可以为轴承从外向内提供恒稳磁场。为了使磁场能进入轴承到达润滑油膜,整个轴承采用铝合金和青铜等非铁磁性物质制作,轴瓦和浮环材料专门采用了抗磨性较强的锡青铜。轴承上还安装有各类传感器,可对轴承的运行情况进行监测,获得轴承运行数据。根据轴承磁场的性质,论文设计完成了磁流变仪,用于测试自制磁流变液的剪切性质。利用磁流变仪,证明了磁流变液在有外加磁场存在时,其特性更符合HB模型的描述,而不是广为使用的Bingham模型。利用实验结果,论文识别了自制磁流变液在不同磁场下的HB模型参数,从而为理论计算提供了自制磁流变液的实际参数值。另一方面,为了验证提出的磁流变液润滑浮环轴承是否拥有在外加磁场下改变自身特性的能力,论文设计了浮环轴承试验台。试验台使用磁流变液润滑被测浮环轴承,拥有为被测轴承提供磁场的励磁系统,能在不同载荷、转速和磁场强度下同时测量轴承内外油膜的刚度、阻尼系数。测试结果表明,随着外加磁场强度增强,此类轴承外油膜的刚度、阻尼系数会相应升高。进一步地,通过对轴承试验台进行部分改装,得到了使用磁流变液润滑浮环轴承的悬臂转子试验台。利用此试验台,考察了此种轴承在具体转子系统中的控制能力。实验结果表明,在采用磁流变液润滑后,通过施加外部磁场,此类轴承不但能抑制转子的振动,还能提高浮环轴承的稳定性。本文提出了一种新型轴承,通过理论分析、计算、实验测试等多种手段,验证了其可控性,证明了其对转子系统的调控能力,实现了通过轴承对转子进行振动控制的目的。