电磁永磁混合悬浮纺杯的研究

发布时间：2017-05-04 13:07

  本文关键词：电磁永磁混合悬浮纺杯的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文以径向采用主动磁悬浮轴承、轴向为永磁轴承的纺杯为研究对象，首先简要介绍了纺杯的工作原理以及轴承的结构，然后基于厚壁圆筒理论对转子中硅钢片和永磁体的强度进行了理论计算，并利用ANSYS进行了仿真分析，，研究结果表明：由于转子直径较小，尽管转速很高，但仍满足强度要求。接着对纺杯轴向永磁轴承的承载特性进行了分析，包括基于等效磁荷法的数值计算以及基于ANSYS的二维电磁场分析，探讨了磁环参数对性能的影响，得到了承载力随位移变化的特性曲线。转子动力学方面，采用Riccati传递矩阵法与动力学仿真相结合的方法，对特定刚度下纺杯的临界转速、振型以及临界转速随轴承刚度的变化情况进行了计算与分析，所得结论可为磁悬浮轴承刚度、阻尼等的设计提供理论依据。最后对电磁永磁混合悬浮纺杯进行了试验研究，包括静态悬浮试验、轴承承载特性试验、试验模态分析以及纺杯的高速旋转试验。试验结果表明：纺杯的轴向最大承载力约为10N，轴向刚度在平衡位置处最大，约为6000N/m，径向最大承载力为78N；纺杯的工作转速位于2、3阶临界转速之间，并与临界转速之间留有足够的裕度；通过对磁悬浮轴承线圈电流和位移传感器信号进行检测，发现转子在过临界转速时振动明显增强，但并未发生与定子碰摩的现象。
【关键词】：磁悬浮轴承 转子强度 承载特性 转子动力学 试验研究
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 注释表11-12
• 缩略语12-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 磁悬浮轴承技术的概述13-15
• 1.2 气流纺技术简介15-16
• 1.3 课题的研究现状16-19
• 1.4 课题研究意义及论文内容安排19-21
• 1.4.1 课题研究意义19
• 1.4.2 论文内容安排19-21
• 第二章 纺杯的轴承结构及转子强度分析21-31
• 2.1 混合悬浮纺杯的轴承结构21-22
• 2.2 纺杯转子的强度分析22-27
• 2.2.1 力学模型的建立22-24
• 2.2.1.1 静态过盈装配的力学模型22-23
• 2.2.1.2 高速旋转时的动态力学模型23-24
• 2.2.2 导磁套的强度计算24-26
• 2.2.3 永磁体的强度计算26-27
• 2.3 基于 ANSYS 的强度仿真分析27-30
• 2.3.1 有限元模型的建立27-28
• 2.3.2 加载和求解28-29
• 2.3.3 后处理和结果查看29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 纺杯轴承的承载特性31-41
• 3.1 轴向永磁轴承的数学模型31-35
• 3.1.1 等效磁荷法31-32
• 3.1.2 轴承各参数对其性能的影响32-35
• 3.2 纺杯轴向永磁轴承的承载特性分析35-36
• 3.2.1 承载力及刚度的计算35-36
• 3.2.2 对径向主动磁悬浮轴承的影响36
• 3.3 轴向永磁轴承的 ANSYS 仿真分析36-39
• 3.3.1 ANSYS 电磁场分析的基本理论36-37
• 3.3.2 ANSYS 仿真37-39
• 3.4 径向主动磁悬浮轴承的承载力39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 纺杯转子轴承系统的动力学分析41-51
• 4.1 转子动力学概述41
• 4.2 纺杯临界转速的计算41-47
• 4.2.1 Riccati 传递矩阵法42-44
• 4.2.2 纺杯转子轴承系统的离散化44-46
• 4.2.3 不同轴承刚度下的临界转速46-47
• 4.3 基于 ANSYS 的动力学仿真分析47-50
• 4.3.1 模型的建立47-48
• 4.3.2 约束和载荷的施加48-49
• 4.3.3 求解及后处理49-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 混合悬浮纺杯的试验研究51-63
• 5.1 纺杯的静态悬浮试验51-52
• 5.2 轴承的承载特性试验52-54
• 5.2.1 轴向永磁轴承的承载特性试验52-53
• 5.2.2 径向主动磁悬浮轴承的承载力试验53-54
• 5.3 纺杯转子的试验模态分析54-57
• 5.3.1 自由状态下的试验模态分析55-56
• 5.3.2 悬浮时的试验模态分析56-57
• 5.4 纺杯的高速旋转试验57-61
• 5.4.1 高速带传动方案57-61
• 5.4.2 集成电机方案61
• 5.5 本章小结61-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 6.1 本文主要工作63-64
• 6.2 下一步工作展望64-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69
• 攻读硕士学位期间发表(录用)论文情况69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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3 ;New analytical solution for the analysis and design of permanent magnet thrust bearings[J];Journal of Zhejiang University(Science A:An International Applied Physics & Engineering Journal);2009年08期

4 王继强,王凤翔,鲍文博,关恩录;高速永磁电机转子设计与强度分析[J];中国电机工程学报;2005年15期

5 田杰;李林;;基于ANSYS的电磁轴承支承刚度优化[J];机械制造与自动化;2009年06期

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本文编号：345120