自消除间隙保护轴承支承特性研究

发布时间：2020-09-11 17:20

　　自消除间隙保护轴承(Auto-eliminating Clearance Auxiliary Bearing,ACAB)是一种能够在磁悬浮轴承失效后,自动消除转子与保护轴承之间间隙的装置,具有可靠性高、寿命长等优点。保护轴承需临时支承高速旋转的转子,其支承特性直接影响着“保护轴承-转子”系统动力学特性。论文针对ACAB的结构不确定因素多、传统轴承辨识方法仅适合低转速刚性转子等关键问题,开展了以下几个方面的研究:首先,针对磁悬浮轴承转子支承参数理论辨识方法易受控制系统频率特性的影响、辨识精度等问题,对基于刚性转子模型的支承参数辨识方法进行了研究,推导出了ACAB的支承刚度和阻尼矩阵,并通过仿真分析得出了该参数辨识方法只适用于转子转速远低于一阶临界转速工况的结论。其次,针对基于刚性转子模型的支承参数辨识方法的局限性,对基于有限元法的支承参数辨识方法进行了研究,实现了转子在临界转速以上时ACAB支承参数的辨识。在此基础上,对基于有有限元法的ACAB支承参数辨识方法进行了改进,解决了转子在存在自身残余不平衡质量时对辨识结果造成影响的问题。然后,对ACAB的动态支承特性进行了实验研究。在将转子自身残余不平衡质量考虑在内的情况下,使用基于有限元法的支承参数辨识方法实现了ACAB的支承参数的实验辨识,并通过对比不平衡响应数据验证了实验辨识结果是准确的。最后,根据ACAB存在非线性接触的特性,提出了一种通过优化接触刚度因子对ACAB的静刚度进行辨识的方法。分析了ACAB支承静刚度与接触刚度因子的关系,并通过ACAB静刚度实验验证该方法的可行性。结果表明,ACAB的实验静刚度值与最优接触刚度因子下的仿真静刚度值的误差为3.74%。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH133.3
【部分图文】：

示意图,转子,示意图,刚度矩阵

自消除间隙保护轴承支承特性研究元的刚度矩阵；Qs为梁单元所受到的外部力。磁悬浮轴承系统中的转子可简化为 N 段梁，此时根据有限元理论，可将转子的总体质量矩阵 M、总体刚度矩阵 K 和总体陀螺为：1 1 1, ,N N Ns s ss s s M M K K G G （.2 基于有限元法的参数辨识方法理论研究

磁悬浮轴承,偏置电流,信号发生器,数据采集卡

图 4.2 ACAB 与转子安装的结构简图子试验台中转子的主要参数与表 2.3 一致。在磁悬浮轴承转要使用示波器、变频器、数据采集卡、信号发生器等仪器设置和磁悬浮轴承系统中的电流信号；变频器用来驱动磁悬浮数据采集卡负责采集转子的实时位移信号，并通过计算机上信号和转速信号。五自由度磁悬浮轴承试验台搭建完毕之后，需要对转子进行悬浮轴承系统中五路的偏置电流，将径向磁悬浮轴承偏置电偏置电流设置为 0.8A。偏置电流调节完成后，对磁悬浮轴承标定是将转子的位移数据转换为电压数据，将转子的两个极悬浮在中间位置时的电压为 2.5V。接着，在控制系统中使用子进行控制，本文采用经典 PID 控制方法，通过参数的调节置。实验中由于控制方法的限制，本章中转子的最高转速设定 30000r/min 的转速下高速稳定的旋转，需要使用信号发生器入正弦信号，模拟转子在各转速下运动状态下。通过观察模

悬浮轴承,转子系统,不平衡,不平衡质量

螺纹孔图 4.4 磁悬浮轴承系统中转子的不平衡质量安装位置表 4. 1 不平衡质量参数质量（kg）旋转半径（mm）相角（o）实物质量块 8.25×10-415 0在高速跌落到 ACAB 上后，可以获得转子系统的不平衡响应。磁悬浮轴承的实验图如图 4.5 所示。

【相似文献】