基于悬臂式动力吸振器的旋转机械减振研究

摘要

动力吸振器是结构振动控制学科领域的研究热点，它的基本工作原理是通过调整自身结构物理参数改变其固有振动特性。现阶段研究的特点是利用控制单元实现吸振器对主系统的半主动跟踪，在较大频率带宽上减小主系统振动。针对传统动力吸振器有效吸振带宽窄、变质量吸振器容易引入非线性因素的问题，本文提出一种线性变刚度调频吸振结构-圆截面悬臂式动力吸振器，通过在悬臂梁上附加一个可转动的圆截面质量块作为变刚度单元，使其在悬臂梁上的不同位置距离进给变化，对吸振器整体刚度调谐，最终实现被减振对象转子等效主系统一阶临界共振区能量耗散，提高转子结构有效工作转速带宽。本论文研究的主体内容如下： （1）在振动力学理论的基础上，分析了传统动力吸振器基本原理，包括P、Q定点理论及吸振器参数优化理论，并通过Matlab仿真分析得到悬臂梁-质量块耦合吸振系统结构参数变化对主系统的减振效果影响。 （2）提出一种变刚度圆截面悬臂式动力吸振器，分析了悬臂式变刚度动力吸振器吸振原理，设计了其三维结构模型。利用Simulink仿真模型动态描述吸振器的固有频率与主系统的受迫振动频率靠近会增大吸振器子系统的振动幅值。表明利用吸振器对转子系统一阶临界共振区的消能减振在理论上的可行性。 （3）求解悬臂式动力吸振器耦合结构的各阶模态固有频率，通过改变质量块在悬臂梁上不同位置距离，确定可以拓宽悬臂式动力吸振器的一阶固有频率带宽范围，提高对转子结构轴系临界振动控制的可适应性。 （4）建立了悬臂式吸振器子系统-转子系统振动主系统三维模型，应用Ansys对单跨转子系统的三维模型进行了有限元网格划分，建立其有限元模型，后对此结构进行动力学Modal分析和Harmonic分析，得出单跨转子轴系前四阶约束模态振型，找到转子轴系在受迫振动响应下的位移最大响应点，判断利用吸振器可实现临界振动消能效果。 （5）搭建了转子装置的实验测试系统，对变刚度动力吸振器能否对转子系统的消能效果进行实验研究验证。依据设计尺寸加工得到相对应的圆截面式悬臂梁质量块吸振器，通过改变质量块在悬臂梁上的不同位置来改变其等效刚度及固有频率，实现对转子系统的一阶临界转速的消能减振过程。后续搭建了多重吸振器对转子台进行消能吸振研究，验证对转子系统的最优消能减振效果。其实验结果表明，随着质量块在悬臂梁上的不同位置变化，动力吸振器可以在48 Hz-61 Hz范围内进行消能吸振，但在一阶临界转速3600r/min处消能减振效果最佳，使主系统振动幅值减小约14.5 dB，说明该动力吸振器可实现转子系统的消能减振效果，其安装方式和设计尺外形可为后续研究提供参考。

目录

1绪论

1.1 课题研究背景

1.2 研究的目的和意义

1.3 振动控制技术研究现状

1.4 动力吸振器发展现状

1.5 研究内容

2 转子结构吸振控制机理分析

2.1 引言

2.2 振动控制模型

2.3 吸振原理

2.4 动力吸振器优化设计方法

2.5 传统动力吸振器减振消能仿真研究

2.6 悬臂式动力吸振器多频减振原理及设计

2.7 本章小结

3 动力吸振消能结构参数特性分析

3.1 设计方案

3.2 结构尺寸计算

3.3 悬臂式动力吸振器的模态分析

3.4 本章小结

4 转子轴系结构动力学特性仿真

4.1 单跨转子模型设计

4.2 有限元模型建立

4.3 弯曲振动模态分析

4.4 转子主结构-吸振器子结构有限元模型

4.5 谐响应特性分析

4.6 振动最大位移响应点的确定

4.7 本章小结

5 转子结构吸振消能实验研究

5.1 引言

5.2 实验方案设计

5.3 实验测试设备组成

5.4 实验及结果分析

5.5 动力吸振器个数的减振性能研究

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢