磁力轴承支承的转子动态特性研究

发布时间：2020-03-26 10:23

【摘要】：磁悬浮转子是近几年提出的一种新型、高科技前沿产品。它具有无摩擦、无磨损、无需润滑、无污染、能耗小以及使用寿命长等优点,适用于各种高速或超高速、真空等特殊环境场合。在军事、空间站、核工业、能源、化工、交通等领域具有广泛的应用前景和重要的科学意义。国外已经有相应的产品,但国内还没有相关产品的报道。究其原因,磁悬浮转子动态特性是磁悬浮支承与转子动力学综合作用的结果,其好坏不仅决定悬浮能否实现,而且还直接影响其动态性能和转子的回转精度。因此开展对磁悬浮支承技术的研究,为磁悬浮转子技术应用于工业提供技术储备和可能性,具有重要的理论价值和现实意义。本文对磁悬浮支承的转子进行动态特性的理论与实验研究。其主要研究工作如下: 首先,提出了磁悬浮转子支承磁刚度、磁阻尼的概念,推导出其计算公式;采用频域等效法系统地分析了频率、转子质量、传感器、滤波、功率放大器等环节对磁刚度、磁阻尼的影响;并提出了一种对磁力轴承电控环节数学模型的辨别方法,通过实验验证了该方法的可行性。其次,根据转子动力学理论,提出了基于磁力轴承支承的转子振动模态数学模型,开发了相应的计算软件,结合实际项目,计算了磁悬浮转子动态特性;接着提出了在给定临界转速、振型和传感器布局下的结构动态优化设计理论;最后提出了一种基于理论计算与试验模态分析相结合辨别磁悬浮支承刚度的方法。并用BK公司的试验模态模块验证了以上理论的正确性。接着,在磁悬浮转子的不平衡中引入转子全息谱理论与方法,根据磁悬浮转子传感器检测信号,提出了基于全息谱的磁悬浮转子动平衡控制理论,解决了柔性磁悬浮转子现场动平衡中的问题。最后,对磁悬浮转子的起浮特性进行了深入的仿真与实验研究,并研究了磁悬浮转子在不同干扰力作用下的悬浮特性。通过实验研究了磁力轴承几何中心位置确定的内容。其结果与理论计算基本吻合。通过以上研究,为磁悬浮转子技术由经验、类比、静态设计向建模、优化、动态设计的发展,高速高精磁悬浮转子系统的设计制造作出了有益的贡献,也为今后的深入研究工作打下了基础。
【图文】：

磁力轴承主轴,实验装置

3)机床中的应用磁力轴承允许在更高线速度的情况下，以其高刚度、大负载和良好的减振性弥补了一般轴承的不足。主要用于超高速铣削、磨削机床。图1一2为武汉理工大学研制的磁力轴承主轴实验装置，图1一3为瑞士BIAG公司生产的型号为HF200MA4oKV的高速磁力轴承主轴，其最高转速为40o00Prm，主要用于高速铣削加工。图1一2磁力轴承主轴实验装置4)计算机设备中的应用[33]147]图1一3瑞士BIAG公司的产品

列车,磁悬浮,硬盘驱动器,磁悬浮列车

由于磁力轴承具有高速、高精度、能耗小、发热小等特点，其被用于硬盘和光驱上，如1998年瑞士联邦理工学院的R.Vuillemin和B.Aesehlimann等人提出了磁悬浮硬盘驱动器，图1一4、图1一5为磁悬浮硬盘驱动器微型定子、转子及传感器，其中定子和转子只比火柴头、铅笔头大一点;图1一6、图1一7为武汉理工大学自行研制的磁悬浮硬盘实验及检测装置。图1一4磁悬浮硬盘驱动器定子图1一5转子、定子与传感器图1一6磁悬浮硬盘实验装置图1一7磁悬浮硬盘检测装置5)石油和天然气工业中的应用[3][9]由于磁力轴承能对振动予以控制和阻尼，并且能获得预定的动态性能。另外不需要润滑、密封，结构简单。所以被运用于石油和天然气工业中的低温透平膨胀机、离心压缩机。6)交通中的应用由于磁悬浮能够提高速度、噪声小、能耗低以及振动小等特点，从60年代开始，，一些发达国家就开始了磁悬浮列车(MagnetieallyLevitatedVehiele，简称MAGLEV)的研究，随后英、美、德、日本等国相继投入磁悬浮列车的研究[48][49][50][5‘][52]。图l一8是中德合作开发的磁悬浮列车(备注:起点龙阳路
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TH133.3

【引证文献】