三支承轴系支承配置及振动控制研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kongduiyue2008
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多支承轴系在直升机尾传动系统、涡轮发电机组等设备中使用广泛,且对设备的性能具有重要影响。随着多支承轴系的高速化柔性化发展,这些轴系的弯曲振动问题日益突出。多支承轴系的支承参数对系统的振动影响显著,通过研究支承配置,并开展振动控制研究,可以有效降低系统的振动。本文以三支承轴系为研究对象,开展了支承配置及振动控制研究,主要工作如下:研究了支承位置、支承刚度对三支承轴系的振动特性影响,确定了三支承轴系的支承配置。基于ANSYS/Workbench分析了系统的动力特性和动力响应,得到了系统的固有频率、临界转速和偏心载荷下的振动变形量等参数。基于交互作用正交试验方法,分别研究了支承位置、支承刚度对三支承轴系的振动影响,得到了使轴系跨一阶临界转速时振动较小的支承参数组合和对轴系振动影响的主次顺序,分析了支承参数的交互作用对跨临界转速时振动的影响规律。搭建了三支承轴系振动试验平台,开展了支承位置对三支承轴系振动影响的试验研究。结果表明支承位置对三支承轴系跨临界转速时的振动影响显著,其中,支承Ⅰ的位置对振动的影响最大,支承Ⅲ的位置对振动的影响最小;支承Ⅰ和支承Ⅱ位置间的交互作用对轴系振动变形的影响大于支承Ⅱ的作用;试验中对比最优和最差的支承位置,振动量减小了86.19%。基于确定的支承配置,研究了三支承轴系的控制状态模型。基于有限单元方法建立了三支承轴系的动力学模型,得到了三支承轴系弯曲振动的运动微分方程。基于数值分析方法计算系统的临界转速,并分析了支承刚度对临界转速的影响,通过与第二章的研究结果对比发现前两阶临界转速相差小于1%,并且支承刚度对临界转速的影响趋势一致。详细研究了最优控制方法中的LQR控制和LQG控制,基于三支承轴系动力学模型,设计了LQR控制状态模型和LQG控制状态模型。通过仿真研究了三支承轴系的振动控制。基于MATLAB/Simulink分别搭建了三支承轴系在偏心载荷下的仿真模型、LQR控制模型和LQG控制模型,开展了系统在偏心载荷下的减振研究,并分析了支承Ⅱ的刚度、阻尼等参数对振动控制的影响。基于LQR和LQG控制模型,开展了系统在冲击载荷下的减振研究。研究结果表明支承Ⅱ的刚度越小或阻尼越大时两种控制方法的减振效果越好,并且采用LQG的振动控制效果优于LQR控制。
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