旋转机械随机支撑刚度参数模拟试验装置的设计研究

发布时间：2020-06-10 09:39

【摘要】： 随机参数转子动力学问题是继转子动力学的线性和非线性动力学问题之后需要系统研究的重要课题。近年来,虽然有少数学者对该问题进行了初步研究,但都局限于理论研究,极少有人进行试验研究。这是因为试验研究随机参数问题需要加工大量的试件,这在研究时间和成本上都是不允许的。为了试验研究随机支撑刚度参数对转子系统动力学性能的影响,本文基于电磁支撑刚度随电磁场强度变化而改变的原理,设计了一套电磁支撑与机械支撑并联的模拟试验装置,实现了转子轴承系统支撑刚度参数的随机变化。论文的主要研究内容和研究成果如下: 1.给出了一种利用电磁支撑模拟产生随机支撑刚度参数的设计方案。该电磁支撑的工作原理是利用电、磁、力三者之间的依存关系,以励磁电流为控制源,控制电磁铁的电磁场强度和电磁力,进而控制支撑刚度参数的变化特征。 2.基于电磁铁的动态电磁关系从理论上研究了因动态间隙和励磁电流产生的电磁感应对电磁支撑刚度特性的影响。研究结果表明当电磁支撑的基本工作参数满足一定的关系时,完全可以忽略因电磁感应现象而产生的附加刚度和阻尼参数对支撑刚度特性的影响。 3.以端部具有电磁支撑的悬臂梁为研究对象,计算、实测了不同励磁电流下悬臂梁系统的一阶固有频率和对数减幅系数;给出了基于系统一阶实测固有频率及其对数减幅系数识别支撑刚度和阻尼的方法,识别出了不同励磁电流工况下电磁支撑的实际刚度和附加阻尼参数;识别结果表明附加阻尼参数的实测值远远小于其理论值,可以忽略不计;支撑刚度参数在多数情况下存在较大偏差,但在静态工作点附近工作时偏差较小。 4.通过对随机变刚度电磁支撑数学模型的研究给出了通过控制电流的随机改变实现转子轴承系统支撑刚度参数随机变化的四个设计准则。线性化准则保证试验装置系统支撑刚度的线性特性;线性随机准则确保支撑刚度参数与随机控制电流间的线性关系;随机分量显著准则使得支撑刚度具有明显的随机特征,便于试验研究;综合刚度为正的设计准则,保证了试验装置系统的稳定性。根据设计准则合理设计了试验装置的工作参数,并基于这些工作参数对电磁支撑进行了结构设计。 5.理论分析了实验过程中出现的衔铁偏心和非线性现象对电磁支撑的刚度特性的重要影响;最后对随机电流在制备过程中应注意的事项进行了阐述,并提出了改进措施。
【图文】：

示意图,电磁,结构原理,支撑元件

磁支撑的电磁力与动态间隙呈线性关系。机械支撑元件与机座相连组成机械支撑，可以保证整个支撑系统在稳定区域内工作。在旋转机械中机械支撑元件主要是滑动轴承和滚动轴承。如图2-1所示，当衔铁沿X方向具有位移x时，上下电磁铁的间隙由g 变为( )g +x和( )g x，且 0 ≤x ≤g，此时电磁支撑的稳定悬浮状态被打破，电磁支撑将沿 X 方向表现出吸力特性。

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由于电磁铁的磁路实质上是局限在一定路径内的磁场，，因而可以直接用电磁场基本理论进行分析，但是要注意电磁铁电磁场的特殊性。假定电磁铁铁心、衔铁和间中的磁场是分段均匀的，在忽略漏磁和磁滞影响的情况下，根据麦克斯韦电磁场方程，铁心与衔铁之间的吸引力[39]00202μBAF = f=(2-1)中： f ——电磁铁单极吸引力（N）0μ ——空气的磁导率（H/m）；0A ——磁极与衔铁间隙的横截面积（m2）；0B ——磁极与衔铁间隙的磁感应强度（T）。
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH113

【引证文献】