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磁力轴承支承的转子动态特性研究

吴华春  
【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。


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