智能滑动轴承在机电耦合作用下的主动控制行为研究

Intelligent active control elliptic journal bearing (Intelligent journal bearing) is used to avoid the accidents due to the design limitations and emergency by adjusting the service behavior of the rotor actively. Although active control technique should be used as more as possible in journal bearing design, little knowledge is available to describe the active control behavior of intelligent journal bearing in electromechanical coupling system. Therefore, this project targets on the modeling of the active control behavior of intelligent journal bearing, which is based on rotor dynamics, mechanics of vibration, active control theory and service characters of rotor in operating condition. A systematic theory will be presented on characterizing the influences caused by time-lag, interference, temperature, accumulative error and so on. The coupling relationship between the important parameters and the service characters as well as the active control system of intelligent journal bearing are discussed. The applicable scope of active control system are estimated according to the research results. At last, a perfect active control theroy of intelligent journal bearing in electromechanical coupling system will be proposed, whereby the reliability and practicability of active control technique are improved as well.

智能型状态可调椭圆滑动轴承（简称智能滑动轴承）可利用主动控制方法调节转子的服役姿态，以此来减少由于设计局限和突发状况造成的事故隐患。主动控制技术是未来滑动轴承发展的趋势，然而针对智能滑动轴承在机电耦合作用下的主动控制方法和理论模型尚未完善，缺乏系统化的理论体系，因此严重制约了智能滑动轴承在工程领域中的应用。本项目以转子动力学、振动力学、主动控制理论等学科为基础，结合智能滑动轴承在机电耦合作用下的转子动力学特性，建立一套表征智能滑动轴承主动控制行为的理论模型，该模型能够阐明智能滑动轴承主动控制行为的本质，揭示时滞效应、外界干扰、温度变化及累计误差等多因素对智能滑动轴承主动控制行为的影响规律，分析关键性能参数与智能滑动轴承服役特性及其主动控制系统之间的耦合关系，评估智能滑动轴承主动控制系统的适用范围，最终提出一套完整的智能滑动轴承在机电耦合作用下的主动控制理论，为提高滑动轴承主动控制技术的可靠性和实用性奠定基础。

由于常规固定瓦滑动轴承的设计是基于某种特定工作状况进行，在实际生产过程中滑动轴承-转子系统的工作状况是复杂多变的，即滑动轴承的初始设计状态与实际工作状态可能不同：如变载荷、变速、不平衡以及受到外部冲击等。所以滑动轴承在设计上或使用上都会存在一定的局限性。因此具有主动控制功能的是滑动轴承未来发展的趋势，是修正设计盲区和应对突发状况的重要手段。然而大部分的研究工作处于试验阶段，在工程实际中成熟的控制方法或控制系统却很少。.本项目在上述背景下提出了智能滑动轴承在机电耦合作用下的主动控制行为研究。通过深入研究多种时变工况下滑动轴承-转子系统的振动行为以及智能滑动轴承对转子系统振动的影响规律，阐明了智能轴承的主动控制原理，并分析了多因素对主动控制精度的影响，对智能滑动轴承主动控制系统的可靠性、实用性以及适用范围进行了评估。.在项目研究中，提出了在多种时变工况下考虑油膜非线性的滑动轴承-转子系统动态润滑数值计算方法；搭建了考虑复杂工况下具有主动可调功能的智能轴承-转子系统实验台。在强迫振动方面，可调椭圆轴承通过增大椭圆度可以抑制不平衡载荷作用下刚性转子的强迫振动振幅达68%以上；在共振振动方面，可调椭圆轴承通过减小椭圆度对柔性转子过临界转速时的共振振动的减弱效果可达38%；在柔性转子运行在二倍临界转速附近时油膜涡动和振荡行为可能出现，具有主动控制功能的智能椭圆轴承通过调节椭圆度参数可以有效地消除转子的自激振动。.通过本项目的深入研究，阐明了智能轴承在复杂工况下的主动控制机理，揭示了可调椭圆轴承的椭圆度参数对转子系统的振动行为的影响规律。研究成果为多种工况下滑动轴承-转子系统振动行为的主动控制提供了有效的解决方案和较高的工程应用价值，并推动了智能滑动轴承主动控制技术的发展。