磁力轴承支承刚度的实验测量方法研究

发布时间：2020-10-23 13:01

　　 磁力轴承是基于反馈控制原理利用电磁力将被支承件稳定悬浮在空间的一种高性能轴承。它具有无摩擦、无磨损、高精度、刚度阻尼可控可调等许多传统轴承无法比拟的优点,适用于各种高速或超高速、真空等特殊环境场合。国外已将磁力轴承成功应用于军事工业、真空超净环境、高速机床、石油和天然气工业等领域,国内磁力轴承的研究整体上还处于实验研究阶段。 究其原因在于磁力轴承转子系统高速运转时其动态特性成为制约这一技术应用的关键问题,而分析研究磁力轴承转子系统特性的困难在于磁力轴承支承刚度阻尼的确定。磁力轴承的刚度是反映磁力轴承性能特性的重要参数,对其进行理论研究和实验测量是磁力轴承研究的基础工作。因为磁力轴承的刚度不仅与磁力轴承的结构有关,而且还与控制系统有关,现阶段还没有一套完整的磁力轴承刚度计算理论,即使是理论计算的刚度值也还需要通过实验验证,因此磁力轴承刚度的实验测量就显得格外重要。本文重点研究磁力轴承刚度的实验测量方法,主要做了以下几方面工作。 结合有关磁力轴承刚度的国内外大量文献,发现对磁力轴承的刚度定义没有统一的表述,大致有两种定义方式。其一是从电磁力变化角度描述其刚度；其二是沿袭了传统轴承的刚度定义,从外载力角度描述其刚度。 分析了非线性、控制系统、控制参数、外界干扰等因素对磁力轴承系统刚度的影响。 以单自由度磁力轴承系统为分析对象,结合两种不同的刚度定义,分别推导出电磁力与位移之间的传递函数以及外界干扰力与位移之间的传递函数,并结合对转子的受力分析证明了两种刚度定义之间的不一致性。由于研究磁力轴承的刚度主要是为了研究磁力轴承的动态特性,它更多关注的是在外力作用下的位移,因此本文倾向于采用第二种刚度定义。 结合磁力轴承系统中转子在静态悬浮、刚性旋转和柔性旋转三种不同的工作状态,针对这三种状态分别对实验测得的电磁力以及位移传感器测得的位移信号进行了分析,推导出基于两种刚度定义下的转子在不同工作状态时的刚度计算公式。 以两自由度磁力轴承系统为研究对象,给出基于磁力轴承两种刚度定义下,转子在稳态悬浮、刚性旋转和柔性旋转三种不同状态时的刚度实验测量方法,并给出其刚度实验测量系统,该测量系统能同时满足两种刚度定义下转子处于不同工作状态时的实验要求。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TH133.3
【部分图文】：

电磁力为尽=k一动，(凡+夕)2COS仪当磁力轴承采用差动控制时，转子在y方向上受到的电磁力为力与下磁铁产生的电磁力之差:，f(i0+，，)，(i0一，，)，」户=户上一户下=引丁，一一二了一丁尸气甲又万}cos“[气y0一y)Lyo十少)」，i0为偏置电流、称为y方向的控制电流、y0为磁力轴承转子间隙、y为磁力轴承转子偏离平衡位置的位移。直观地观察控制电流与转子偏离平衡位置的位移对非线性化磁极面积凡=357mm，，线圈匝数N=250匝，气隙x0=0.3mlA，用matlab进行分析，如图2一4所示。

lllll……洲 洲 {{{纂纂 纂馨蘸黔鬓鬓翼黝粼瓢黔薰薰薰 薰图2一7磁力轴承电磁力线性化误差从图2一7可以看出，磁力轴承转子在平衡位置附近工作时，电磁力线性化前后得到的结果差别很小，几乎为零，即在其平衡位置附近，通过线性化公式计算得到的电磁力与磁力轴承产生的实际电磁力是一致的。但当转子越过这一范围工作时，随着转子位移的增大，线性化前后计算得到的电磁力差值迅速增大，即通过线性化公式计算得到的电磁力与磁力轴承产生的实际电磁力差别较大，线性化方程不再适用。另外，偏置电流的大小对电磁力线性化误差也有影响，随着偏置电流的增大，当转子超过某一工作范围时，线性化前后的差值也迅速增大。这说明，转子的工作范围及偏置电流都对磁力轴承线性化误差有影响，随着转子位移数值的增大和偏置电流的增加

积分常数对磁力轴承支承系统时域相应的影响
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本文编号：2853072