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随着现代工业的迅速发展,很多转子系统的转速越来越高,从而导致对转子系统振动控制的要求也越来越严格。当转子转速接近或加速通过临界点时,系统将产生很大的振动,使机器的工作效率降低,严重的振动会导致元件断裂,造成事故。由于转子是高速旋转设备中的主要部件,转子使用寿命的降低将直接导致整台机器使用寿命的降低,因此,如何减振,成为了高速旋转设备研究中的一项重要的关键技术。 挤压油膜阻尼器(Squeeze Film Damper,简称SFD)是一种性能优良的阻尼减振装置,通过调节系统阻尼,从而达到减振的效果。它具有结构简单、体积小,阻尼效果好等特点,被认为是近几十年来影响航空领域高速转子动力学最重要的研究成果之一。 本文在国家自然科学基金的资助下(编号:50075017),以改善高速转子系统中传统挤压油膜阻尼器(Squeeze Film Damper,SFD)的油膜力特性及节流特性为目的,利用弹性多孔金属橡胶(Metal Rubber,MR)材料耐高温、高压、超低温的特性,以及良好的弹性阻尼特性和节流性能,研制了一种端部和径向都使用金属橡胶环的新型挤压油膜阻尼器(SFD/MR)。 论文的研究工作从改善转子系统的等效支承刚度入手,在阻尼器的外环附加了一层金属橡胶弹性支承环,通过调节其刚度,使整个系统的等效支承刚度由SFD时的高度非线性,转变为SFD/MR的接近线性,另外,通过在其端部安装金属橡胶端面密封环,在保证滑油具有较好散热性能的同时,既可以降低流量,又可以增强阻尼器的阻尼特性。 利用Navier-Stockes方程,推导出了定粘度不可压缩流的SFD/MR油膜压力分布的基本方程,得到了SFD/MR稳态油膜力(刚性力和阻尼力)的表达式。为分析研究SFD/MR系统的油膜力特性奠定了基础。 对比分析了SFD/MR系统和SFD系统的油膜力特性和流量特性,研究了金属橡胶外环刚度、油膜的半径间隙,以及端封环的孔隙度、金属丝直径对SFD/MR油膜力特性的影响。分析结果表明,与传统SFD相比,SFD/MR能很好地改善油膜力的非线性特性和流量特性,而且,SFD/MR的流量和油膜力都是可控的,这就使其更适用于满足不同工况的减振要求,具有良好的应用前景。 对比研究了SFD/MR和SFD系统的稳态响应特性。建立了SFD/MR系统的运动方程和稳态响应的数学模型。通过对传统SFD结构进行改进,研制出了新型SFD/MR实验样机,并分别对SFD/MR系统和SFD系统进行了实验研究,理论分析和试验结果的一致性表明,与SFD相比,SFD/MR系统能使高速转子系统在较大不平衡量条件下,快速通过临界转速区而达到稳定的工作状态,增强了系统抵抗大不平衡量的能力,能有效地抑制传统SFD可能出现的双稳态跳跃等非线性振动的发生。通过对传统SFD系统与SFD/MR系统的阻尼减振性能及稳态动力特性的实验研究发现,SFD/MR系统具有更好的节流特性和减振效果,对SFD/MR系统应用到航空发动机等高速旋转机械中,具有很大的理论和实际意义。