超聲波懸浮機(jī)理及其在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動抑制中的研究.pdf

1、為了提高效率，現(xiàn)代旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)靜子間的間隙越來越小，從而可能在運(yùn)行中出現(xiàn)轉(zhuǎn)靜子的接觸和摩擦。這里稱轉(zhuǎn)靜子接觸的部位為旋轉(zhuǎn)接觸面。接觸面間的摩擦?xí)?dǎo)致接觸面間產(chǎn)生磨損和發(fā)熱，從而對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)造成很大的危害。隨著旋轉(zhuǎn)機(jī)械工作轉(zhuǎn)速越來越高，摩擦造成的危害會更加突出。近年來，超聲振動引起的懸浮和減摩效應(yīng)作為一種新穎的降低摩擦力的方法得到廣泛關(guān)注。當(dāng)兩個物體接觸時，如果對其中一個表面施加超聲振動，則會產(chǎn)生近場聲懸浮力使一個物體脫離另一個物體，從而避免

2、摩擦。超聲能產(chǎn)生的單位近場懸浮力僅次于磁懸浮能力，而遠(yuǎn)大于空氣懸浮、光懸浮等其他方式。利用超聲懸浮減摩機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)機(jī)械其他各種常見故障如不平衡、不對中等的控制或抑制。
　　本文從超聲波氣體擠壓膜懸浮能力的研究出發(fā)，以雷諾方程求解超聲波擠壓膜為基礎(chǔ)。用超聲波擠壓膜非接觸力來抑制偏心轉(zhuǎn)子不平衡振動。采用微元法、二階近似求解法、高階有限差分法、Newmark-β法與Newton-Raphson法與仿真模擬和模型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的辦法，對超聲

3、波擠壓膜減摩和懸浮特性進(jìn)行理論與實(shí)驗(yàn)研究，同時對利用超聲波擠壓膜非接觸力抑制轉(zhuǎn)子不平衡振動進(jìn)行深入研究。本文的主要工作包括以下幾個方面:
　　首先，通過解析解和數(shù)值解兩種方法對超聲波擠壓膜進(jìn)行求解，主要從氣體潤滑原理出發(fā)對超聲波擠壓膜進(jìn)行理論計算。從微元法的角度出發(fā)對粘性流體動力學(xué)連續(xù)性方程進(jìn)行簡化求解，運(yùn)用二階近似法求解出氣體擠壓膜的解析解，并運(yùn)用有限差分方法對超聲氣壓膜的雷諾方程進(jìn)行簡化求解。通過求解分析，得出氣體擠壓膜懸浮力

4、與懸浮間隙、超聲波振幅、氣壓、超聲波頻率、換能器接觸面大小等因素有關(guān)。
　　其次，采用有限差分法對凹面氣體潤滑雷諾方程求解，計算了凹面靜壓擠壓膜的懸浮支撐力。研究凹面擠壓膜支撐力與擠壓膜間隙、超聲振幅、超聲波頻率的關(guān)系。對轉(zhuǎn)子動壓超聲波氣體擠壓膜進(jìn)行了理論分析，通過簡化雷諾方程，采用解析計算方法，提出與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的辦法進(jìn)行計算。對動壓超聲擠壓膜載荷的計算提供理論依據(jù)。
　　然后，采用Newrnark-β法和Newton-Ra