分子泵磁轴承的模态辨识与试验研究

发布时间：2020-08-09 00:16

【摘要】： 磁悬浮分子泵是一种采用可控磁悬浮轴承替代传统轴承的真空泵,因磁悬浮轴承实现了对转子的无接触支承,具有无磨损、无需润滑的特点;同时对悬浮转子的性能还具有一定的主动控制能力,更有利于实现分子泵的高性能。因此,磁悬浮分子泵能广泛应用于各种真空领域。在国家16项重大专项课题之一——神光Ⅲ项目中,许多装置除要求在真空环境下工作外,还要求高洁净度和低振动的环境,磁悬浮分子泵因其良好的性能非常适合神光Ⅲ项目的需求。本文针对神光Ⅲ项目的需求,对用于磁悬浮分子泵的主动磁轴承进行模态辨识和试验研究,为磁悬浮分子泵的设计开展了基础研究。首先,通过分析磁悬浮轴承的结构和控制策略原理,建立了磁轴承-转子系统的数学模型;并确定影响系统模态参数的结构参数,选择y 间隙和偏置电流作为模态分析中的变量因子,计算了系统刚度、阻尼和电磁力等随变量因子(磁隙和偏置电流)变化的情况。同时,对单自由度磁轴承试验台和五自由度磁轴承试验台建立了结构模型。其次,运用有限元软件ANSYS,对单自由度磁轴承和五自由度磁轴承进行了静力分析和模态分析,得到了系统前四阶模态振型;通过一系列的分析,找到了单自由度磁轴承系统前四阶共振频率随轴向磁隙和偏置电流的变化规律曲线;得到了五自由度磁轴承系统前四阶共振频率随X向磁隙、Y向磁隙、Z向磁隙以及偏置电流的变化规律曲线。最后,对单自由度磁轴承试验台进行试验模态分析,用锤击测振系统测出了系统的实际振型和共振频率,并与有限元模态分析结果进行了比较。试验结果表明,理论模态分析与实际结果相近,从而得到了比较准确的模态参数,在磁轴承的控制试验中也验证了模态参数的重要性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH133.3
【图文】：

机械结构,辅助轴承,轴向磁轴承,转子

引言图 2-1 所示是一套完整的磁悬浮轴承-转子系统机械结构简图，图中为转子、电机、径向磁轴承、轴向磁轴承、传感器探头，外部为套感器分别固定在前端盖和后端盖上，辅助轴承在转子未悬浮时起在转子振动振幅很大或系统故障时起到保护作用。

位移图,电磁力,电流,励磁方式

2.2.2 电磁力线性化分析下面以差动励磁方式来对电磁力的非线性进行一定的补偿，使之线性化。并推导出两个重要的系数，电流力系数iK 和位移力系数xK 。在差动励磁方式下，单自由度磁轴承的原理如图 2-5 所示。a) 电磁力与电流 b) 电磁力与位移图 2-4 电磁力与电流和位移的关系iI0I0+iδ+xδ xFy

几何形状,径向磁轴承,磁极

简化为两个正交方向的独立工作系统时，电磁极几何形状的特殊性，各磁极对转子的引平行于 X、Y 的分力是可控力，剩余部分则是影响。，只选取 Y 方向上端磁路为例，图 2-7 为结 Y 方向产生的电磁合力为( ) cos8y a bF F Fπ= + A 磁极产生的电磁引力为磁极 A、B 产生的电磁引力。可控的，与下端磁极产生的电磁力差动工作，态电磁力。磁极在 X 方向的电磁分力为π图 2-6 八磁极径向磁轴承结构

【参考文献】