专用GMA动态性能研究及其在油膜轴承中的应用

摘要

现代旋转机械中，动压油膜轴承是重要的支承部件之一，其具有使用寿命长和承载能力大等优点。但由于其主要靠动压油膜承受外界载荷，其旋转精度及高速稳定性不高，在一些高精度要求领域中的应用受到限制。本课题探讨了利用超磁致伸缩材料GMM（Giant Magnetostrictive Material）制成的超磁致伸缩激励器GMA(Giant Magnetostrictive Actuator)对传统油膜轴承进行改造，以期提高油膜轴承支承转子的旋转精度和稳定性的可行性和有效性。课题工作在原有工作的基础上重点对油膜轴承专用GMA的动态性能和在动压油膜轴承应用的实验研究方面进行了一些工作，完成的主要工作有：
　　 设计了油膜轴承专用GMA，在GMA性能测试试验台上完成了专用GMA动态性能的测试和研究。通过试验测得了不同预应力和驱动频率下专用GMA的动态输出性能，为专用GMA控制器的设计作参考。
　　 描述了专用GMA的动态模型并以此为基础建立了与GMA动态性能试验相对应的理论模型。结合GMA动态性能试验所得的结果，计算获取了动态激励时GMA的场耦合系数和等效阻尼系数，为可控径向油膜轴承-转子系统的动力学分析提供依据。
　　 利用电主轴技术，设计了高转速的可控径向油膜轴承试验台。采用使电主轴转子直接作为试验转子支承于两个可控油膜轴承之间的结构方式，解决了通过联轴器连接带动转子旋转引起的不对中等问题。对试验台进行了各种工况下的正常运行调试，并实现了在高速下的平稳运转。
　　 完成了不同工况下可控径向油膜轴承的静态调心试验和轴心轨迹的动态控制试验。在静态调心试验中，通过改变GMA的偏置电流可把不同工况下转子的静平衡位置调整到同一位置，证明带有GMA的可控径向油膜轴承具有较高的定心能力。动态控制试验初步说明：通过给GMA施加与转子振动反相的激励信号可有效遏制转子的工频振动。轴承系统动、静态性能试验初步证实GMA可以有效提高动压油膜轴承的静态定心性能和动态稳定性能。