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磁流变体的研究状况及应用 第7页

更新时间:2011-12-7:  来源:毕业论文
2.5交变磁场下盘型磁流变流体阻尼器的动力特性
1实验设备简介
    基于剪切原理形成的盘型磁流变流体阻尼器的结构如图1所示.它由一个固定在轴颈上的可动盘、周向线圈,2个磁极和基座等组成.可动盘、2个磁极和基座为导磁材料,其他为非导磁材料.在可动盘与磁极之间形成2个轴向工作间隙,在磁极内径与轴颈之间形成径向工作间隙.在轴颈与基座两端采用了柔性周向密封.磁流变流体充在2个轴向工作间隙以及径向间隙中.为了减小在径向间隙中产生的挤压效应,选择了较大的径向间隙.
    4个柔性杆构成了定向弹簧,限制了轴颈和可动盘的旋转运动.虽然可动范围内可以进行涡动.当可动盘随轴颈发生涡动时,盘不能旋转,但在较大的将对轴向间隙中的磁流变流体产生剪切作用,从而产生一个流体阻力.通过线圈电压(或电流)来改变轴向间隙中的磁场强度,进而改变磁流变流体的表观勃度,从而达到改变阻尼器动力特性的目的.试验中阻尼器的基本参数:线圈匝数为1 000,线径为0. 5 m m,电阻为43. 6 欧,阻尼器的轴向间隙为1. 5 mm,阻尼器的径向间隙为4.5  mm磁极的内外径分别为80 mm和124 mm. 实验转子为图2所示的单盘柔性转子,转子的一端支承在刚性较大的滚动轴承上,另一在带定向弹簧的盘型磁流变流体阻尼器上. 端支承转子由个d20 mm X 900 mm的光轴、一个重为3. 5 kg


的均质圆盘、柔性连轴节和调速电机等组成.盘位于左右轴承中间,左、右轴承间的跨度为607 mm.两端轴承均为刚性时转子系统的一阶刚支临界转速为2 800 r/min;转子的一端为刚性支承,另一端支承在定心弹簧上的前二阶柔支临界转速分别为2 110, 3 135 r/min,轴与电机之间采用了柔性连轴节,以减小电机的振动对转子系统动力特性的影响.电机是一个带有速度反馈控制的无刷直流电机,最高运行速度为6 000 r/min.用非接触式电涡流传感器测量盘和轴颈位置处水平和垂直方向上的振动. 磁流变流体是由平均直径为5 um的磁性铁粉粒子、基油和少量的稳定剂按照一定的比例组成验中采用的磁流变流体中m(磁性铁粉粒子): m(基油)=1:1, 基油在常温下的运动私度为12X10m/s
    试验中采用的直流电源为电流输出型直流电源.交流电源由一个正弦信号发生器和一个电压放大器组成,由信号发生器产生所需频率的正弦电压信号,然后通过调整电压放大器来得到所需的电压. 流电压用电压的峰一峰值来表示.论文网http://www.lwfree.com/
    实验前对转子进行了动平衡,然后附加一定的不平衡质量得到所需的不平衡量,所有试验是在同一个不平衡量下完成的.转子的不平衡响应曲线是按照下列方式得到的,在转子以9(r " min)/s的匀加速度缓慢运行的过程中,利用数据采集系统对传感器的信号进行连续采样,并对每个0.2s采样时间范围内转子多周的振幅进行平均,以振幅的平均值作为转速只有微小变化(约2 r/min)的转速区间上的振幅,得到不同转速下振幅变化的曲线,如果转子的运动轨道是重复的,那么转子的平均振幅随转速没有跳跃,不平衡响应曲线是光滑的;如果转子的运动轨道时大时小出现晃动,那么在相邻转速点转子的平均振幅就相差很大,转子的平均振幅随转速就出现突变,不平衡响应曲线上会出现许多毛刺,毛刺的大小就反映了轨道的变化程度.
 
实验结果及分析
直流激励条件下转子系统的动力特性
首先在直流激励条件下测量了不同稳态转速下转子的轴心运动轨迹以及转子在慢加速运动过程中的不平衡响应曲线.n = 3 3Q0 r/min时转子轴心运动轨迹随线圈电压变化的试验结果如图3所示.图中的箭头表示电压按0,2.5,5,10及20 V的次序增大的方向,结果表明了在转子系统的第二阶柔支临界转速附近,盘及轴颈的振动随电压的增大迅速减小.
    图4为不同电压条件下转子在慢加速运动过程中盘的振幅A}和轴颈的振幅A;随转速变化的不平衡响应曲线.各种电压下不平衡响应曲线比较光滑,转子的振幅随转速逐渐变化,表明转子的运动是重复的.在无激励时转子基本上处于弹性支承状态,在系统的前二阶柔支临界转速附近转子的振动都较大,出现了两个明显的峰.随着电压的增大,轴颈的振动在所有转速区间内减小,但盘的振动在系统的
 
图3转速3 300 r/min时转子的轴心轨迹随直流电压
      的变化
 
图4转子系统的不平衡响应随直流电压的变化
前二阶柔支临界转速区明显减小,在系统的一阶刚支临界转速附近稍有增大.在电压增大的过程中,存在着电压的一个最佳取值范围,电压在此范围内,盘及轴颈的振动都较小,转子能够以较小的振动,平稳地通过系统的前二阶柔支临界转速区.当电压超出最佳取值范围后,轴颈的振动继续减小,盘的振动在系统的前二阶柔支临界转速区虽然没有明显的改变,但在接近系统的一阶刚支临界转速区的振动迅速增大,出现明显的共振现象,由响应曲线上最大振幅确定出的峰值临界转速逐渐趋向系统的一阶刚支临界转速.可见盘型磁流变流体阻尼器的动力特性在直流激励条件下是可控的,通过改变盘型磁流变流体阻尼器线圈上的直流电压完全可以达到控制转子系统动力特性的目的.
2. 2交流激励条件下转子系统的动力特性
    n =1900 r/min, up-p = 60 V时转子的轴心运动轨迹xy及时间历程t-y随交流电压频率变化的试验结果如图5所示。结果表明,当交流电压的频率较低或交流电压很高时,交变磁场的频率与转子的运动频率之间产生相互影响,使转子的运动出现调制现象,转子的振动时大时小.由于作用在阻尼器上的剪切力与磁场的方向无关,转子运动的调制频率为交流磁场频率一半.对于幅值一定的交流电压,当交流电压的频率逐渐增大时,磁流变流体的性能逐渐减弱;当交流电压的频率超过某一临界值之后,磁流变流体阻尼器的特性与无磁场激励时系统的特性
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图5电压频率对转子运动轨迹及时间历程的影响完全相同,阻尼器的性能不再具有可控性.随着交流电压的增大,能够产生磁流变效应的交流磁场的频率也随之增大.
    图6为不同频率下交流电压对转子系统的不平衡响应曲线的影响.结果表明,当交流电压的频率较低时,如图6(a)所示,较低的交流电压不能明显地改变转子系统的动力特性,转子在系统的前两阶柔支临界转速附近的振动都较大,出现明显的两个峰. 随着交流电压的增大,轴颈和盘处的振动在系统的前两阶柔支临界转速区明显减小,但在系统的一阶刚支临界转速附近的振动增大.同样存在着一个能够使转子以较小的振动通过转子系统各阶柔支临界转速的最佳交流电压.如果交流电压超过了这个最佳的交流电压,轴颈和盘的振动在系统的前两阶柔支临界转速区虽然没有明显的改变,但在接近系统的一阶刚支临界转速区的振动迅速增大,出现共振现象,峰值临界转速同样趋向于系统的一阶刚支临界转速.当交流电压的频率较高时,如图6(b>所示,即便较高的交流电压也根本不能改变转子系统的动力特性,转子的振动与无磁场激励时的振动基本相同,只有在交流电压很高的情况下,才会对转子的振动产生微小的影响.可见,只有在交流激励频率较低和交流磁场强度较高的情况下盘型磁流变流体阻尼器的动力特才是可控的.

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