Page 49 - 《振动工程学报》2025年第8期

第 8 期 高象宏，等： 主控式弹支干摩擦阻尼器-单转子系统减振特性 1689

被动式弹支干摩擦阻尼器的动力学参数不能随 系统的动力学特性。一维摩擦运动模型将二维平面
着转子的工作环境和载荷在线调整，难以满足各种 的复合运动割裂开来，没有考虑阻尼器不同方向运
复杂情况下的转子系统振动控制的要求。主控式弹 动之间的耦合作用。李琳等 ［18］ 总结了航空发动机中
支干摩擦阻尼器克服了被动弹支干摩擦阻尼器动力 的典型干摩擦阻尼器的结构形式及其工作原理，讨
学参数固定不变的不足，能够满足转子系统在不同 论了干摩擦模型以及接触运动模型的简化方法以及
工作状态及受到不同外激励作用时对系统动力学特 不 同 简 化 模 型 的 优 缺 点 和 适 用 范 围 。 SANLI‑
性的要求。因此主控式弹支干摩擦阻尼器将成为提 TURK 等 ［19］ 利用微动滑移模型建立了二维平面的
高转子系统稳定性的有效方法。 摩擦数学模型。LIAO 等 ［11］ 使用二维平面的小球‑底
主控式弹支干摩擦阻尼器由动摩擦片、静摩擦 盘模型建立了干摩擦阻尼器的数学模型。由于弹支
片和正压力施加装置组成，利用动、静摩擦片之间的 干摩擦阻尼器中动摩擦片的运动是平面内的环形运
摩擦力为转子提供外阻尼，通过实时在线调节摩擦 动，轨迹可以是平面任意的闭合或非闭合的曲线，无
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副上的正压力实现振动主动控制 。范天宇等 研 法简单将动摩擦片的运动分解为两个方向上的直线
究了干摩擦阻尼器的减振原理，用弹簧作为正压力 运动。同时由于摩擦力的非线性特性，一维摩擦运
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施加装置，实现了转子的振动被动控制 。王四季 动模型将二维平面的复合运动割裂开来，没有考虑
等 针对简单对称转子设计了一种通过电磁执行器 阻尼器不同方向运动之间的耦合作用，因此需要研
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来施加正压力的主动式弹支干摩擦阻尼器和控制 究 弹 支 干 摩 擦 阻 尼 器 摩 擦 副 的 二 维 平 面 动 力 学
器。随后王四季等 测试了突加不平衡情况下干摩 模型。
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擦阻尼器对转子系统的减振效果。宋明波等 使用 为了研究电磁型主控式弹支干摩擦阻尼器‑多
压电陶瓷作为正压力施加装置，设计了相应的试验 盘转子的减振特性，本文首先建立了转子系统的有
装 置 ，并 在 试 验 中 验 证 了 对 转 子 系 统 的 减 振 效 限元动力学模型和干摩擦阻尼器摩擦力的数学模
［9］
果 ［10‑11］ 。以上研究都是在较低转速工况下基于单盘 型。然后利用数值方法分析了不同预紧正压力作用
转子对干摩擦阻尼器的减振效果进行分析的，在减 下干摩擦阻尼器‑转子系统的动力学特性以及利用
振特性变化规律方面只进行了简单的定性描述，对 干摩擦阻尼器控制转子振动的基本规律。最后在所
于高速运转的复杂多盘转子和电磁型主控式弹支干 搭建的干摩擦阻尼器‑转子系统试验平台上进行了
摩擦阻尼器的减振特性研究较少。 相关试验，对理论分析结果进行了验证。
使用主控式弹支干摩擦阻尼器对转子进行减振
时，阻尼器结构设计是整体减振试验装置设计的关 1 主控式弹支干摩擦阻尼器⁃单转子
键环节。宋明波等 ［12］ 将折返式鼠笼型弹支与压电陶
系统的动力学模型
瓷结合，使得弹支与作动机构共用一个支座，进一步
简化了阻尼器的结构。祝长生等 ［13］ 提出了一种电磁
1. 1 转子各单元的运动方程
型自平衡主控式弹支干摩擦阻尼器结构，当电磁铁
通入电流之后静摩擦片和支承机构可以在滚珠导轨 将转子分为离散的刚性盘、具有分布质量和弹
上滑动，动、静摩擦片接触之后为转子系统提供减振 性的轴段以及离散的具有刚度和阻尼的轴承。在转
所需的阻尼。王四季等 ［14］ 进一步提出了干摩擦阻尼 子弹性支承、圆盘和不同特性的轴段处设置节点，弹
器一体化构型设计，通过转子阻尼器试验台验证了 性阻尼器支承简化为外力，将系统离散为 N−1 个
减振效果。 单元、N 个节点，每个节点处包含 4 个自由度。
［3］
为了进一步探究干摩擦阻尼器减振特性，需要 刚性盘单元采用集中质量法进行建模 ，根据
建立能够准确描述动、静摩擦片接触运动的阻尼器 拉格朗日方程可以得到：
摩擦力学模型。接触界面的力学模型起源于库仑摩 M q ̈ - ΩG q ̇ = Q d （1）
d
d
d
d
擦模型，该模型认为滑动摩擦力始终与速度方向相 ê ém un eΩ cos( Ωt ) ù ú ú
2
ê
反，而且与速度大小无关。SORGE 等 ［15］ 使用库仑 ê ê m un eΩ sin ( Ωt ú
2
Q = ê ê ú ) ú （2）
d
模型解析了干摩擦阻尼器‑转子系统的动力学特性， ê ê ú ú
ê ê 0 ú
分析了干摩擦阻尼器控制转子系统的滞后不稳定 ë 0 û
d
d
性。随后 SORGE ［16］ 提出在合适的正压力条件下， 式中，M 为质量矩阵；q 为盘处的广义位移；Ω 为转
d
动、静摩擦片处于黏滞状态时能够以最低的能量耗 子的转速；G 为陀螺效应矩阵； m un e 为盘的不平衡量
散实现转子振动幅值的降低。LIU 等 ［17］ 用双线性迟 与偏心距的乘积。
滞回线摩擦力模型分析了转子系统‑干摩擦阻尼器 轴段单元采用 Timoshenko 梁单元 进行建模，
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