超聲波懸浮機理及其在轉子系統(tǒng)振動抑制中的研究.pdf

1、為了提高效率，現代旋轉機械轉靜子間的間隙越來越小，從而可能在運行中出現轉靜子的接觸和摩擦。這里稱轉靜子接觸的部位為旋轉接觸面。接觸面間的摩擦會導致接觸面間產生磨損和發(fā)熱，從而對轉子系統(tǒng)造成很大的危害。隨著旋轉機械工作轉速越來越高，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作為一種新穎的降低摩擦力的方法得到廣泛關注。當兩個物體接觸時，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。超聲能產生的單位近場懸浮力僅次于磁懸浮能力，而遠大于空氣懸浮、光懸浮等其他方式。利用超聲懸浮減摩機構實現對旋轉機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。用超聲波擠壓膜非接觸力來抑制偏心轉子不平衡振動。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驗相結合的辦法，對超聲

3、波擠壓膜減摩和懸浮特性進行理論與實驗研究，同時對利用超聲波擠壓膜非接觸力抑制轉子不平衡振動進行深入研究。本文的主要工作包括以下幾個方面:
　　首先，通過解析解和數值解兩種方法對超聲波擠壓膜進行求解，主要從氣體潤滑原理出發(fā)對超聲波擠壓膜進行理論計算。從微元法的角度出發(fā)對粘性流體動力學連續(xù)性方程進行簡化求解，運用二階近似法求解出氣體擠壓膜的解析解，并運用有限差分方法對超聲氣壓膜的雷諾方程進行簡化求解。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。
　　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、超聲波頻率的關系。對轉子動壓超聲波氣體擠壓膜進行了理論分析，通過簡化雷諾方程，采用解析計算方法，提出與實驗相結合的辦法進行計算。對動壓超聲擠壓膜載荷的計算提供理論依據。
　　然后，采用Newrnark-β法和Newton-Ra