电磁轴承支承的透平膨胀机转子系统模态分析

针对电磁轴承支承的高速透平膨胀机转子系统,利用ANSYS软件建立详细的三维实体模型,并采用适当方法生成合理的有限元模型,对电磁轴承在转子系统中的模拟和作用进行探索.使用一组实测的控制器参数,结合电磁轴承系统的实际结构和刚度阻尼的计算方法,计算电磁轴承的刚度阻尼系数.并以此为输入参数,经ANSYS模态分析得到该转子系统的前8阶临界转速和模态振型.其中前6阶临界转速远低于系统工作转速,对应为系统的扭转、轴向平动或刚体摆动振动模态;后2阶临界转速接近系统工作转速,对应一阶弯曲振动模态.计算结果表明,系统在现有结构及参数条件下不能按预定的工作转速稳定运转,需要改进设计.由计算结果分析知道,轴向电磁轴承对转子系统动力特性有一定影响,某些情况下不能忽视.理论计算结果与试验情况基本吻合,可为该转子系统设计提供理论依据.此研究思路与方法可作为同类系统动力特性研究的一种参考.     

基础平动激励下的电磁轴承柔性转子系统振动控制研究

针对基础激励会导致转子碰撞保护轴承,甚至引起系统失稳的问题,对电磁轴承-柔性转子系统在基础平动激励条件下的振动位移响应特性及其控制进行了研究。首先,在基础坐标系中建立了电磁轴承-柔性转子系统的运动方程;然后,以基础加速度为输入信号和LMS变步长算法设计了自适应控制器,根据位移差值自适应调节其输出信号,抑制了系统在该种扰动下的振动位移响应;接着进行了数值仿真,分析了基础平动激励条件下电磁轴承-柔性转子系统的振动位移响应特性,并验证了所设计的自适应控制器在基础平动激励条件下对电磁轴承-柔性转子系统振动的控制效果。研究结果表明:在基础平动激励条件下,电磁轴承-柔性转子系统的振动位移响应与激励频率、激励幅值、激励相位等有关;该自适应控制器能够有效地抑制基础平动激励条件下电磁轴承-柔性转子系统的振动位移响应。     

垂直轴磁悬浮风力机辅助支撑系统转子临界转速研究

基于转子动力学理论,建立垂直轴磁悬浮风力机辅助支撑系统的动力学模型。应用ANSYS Workbench有限元分析软件建立垂直轴磁悬浮风力机辅助支撑系统的轴承-转子-磁力盘有限元模型。应用模态分析的方法,研究了辅助轴承的安装位置对垂直轴辅助支撑系统转子临界转速的影响。给出了辅助轴承的位置与垂直轴辅助支撑系统转子临界转速的变化规律。为研究垂直轴磁悬浮辅助支撑系统的结构设计以及安装维护提供了理论依据。     

储能飞轮转子支撑结构对临界转速影响的分析

针对转子在转动过程中由于转速达到临界转速分布范围而产生剧烈振动的现象,分析了储能飞轮转子支撑结构对临界转速的影响。建立转子系统的数学模型,基于ANSYS Workbench有限元软件对转子的三种支撑结构进行模态分析,并对比三种支撑结构下临界转速的分布情况及临界转速对应的振型。分析结果表明,采用电磁轴承处于轴系两端的支撑结构,转子临界转速分布和振动情况变化合理,为后续大容量飞轮储能系统的设计提供了技术参考。     

基于有限元方法的磁悬浮磨床电主轴转子系统模态分析

用ANSYS建立电磁轴承支承的磨床电主轴转子的实体有限元模型,并将电磁轴承模化为弹簧支承,在完全弹性支承的情况下对转子进行模态分析,求解转子前四阶固有频率,得出转子固有频率随支承刚度变化的规律,并分析其振型,为磁悬浮转子系统的可靠设计提供理论依据。     

移动载体上电磁轴承-转子系统的基础激励振动主动抑制

安装在移动载体上的电磁轴承-转子系统往往会受到来自其承载基础的振动激励干扰。对单自由度支承模型和多自由度转子模型在基础激励条件下的动力学响应进行比较分析,认为可以将基础激励引起的电磁轴承-转子系统定转子之间的相对运动等效为一个由基础加速度决定的强迫振动。提出一种基于基础加速度信号作为参考信号的自适应滤波器的电磁轴承-刚性转子系统基础激励响应抑制方法,并分析该方法抑制各种类型振动的有效范围,所需滤波器的阶数,以及滤波器自适应收敛的最佳权值。在电磁轴承-转子系统试验平台上进行试验,结果表明提出的控制方法对稳定的基础激励造成的转子振动响应能有效抑制,强制定转子间隙保持稳定,避免碰撞。     

电磁轴承-无轴承电机系统在转子主动控制的应用研究

主动磁轴承借助电磁力来控制转子的振动,无轴承电机在实现转矩控制的同时实现电机的悬浮控制。本文在对永磁偏置三自由度电磁轴承和两自由度无轴承电机的磁悬浮机理一般性描述的基础上,分析了其产生的悬浮控制力。并以转子电磁振动为研究对象,结合电磁轴承和无轴承电机的特点,提出利用一种新型的五自由度磁悬浮异步电机作为执行机构对转子电磁振动进行主动控制,实现了转子系统稳定工作。此系统可以有两方面的应用,既可以用做转子的支承,也可以用做转子振动主动控制的增稳。     

电磁轴承系统回转精度影响因素的分析

以刚性转子电磁轴承系统数学模型为基础,从理论与试验两方面分析影响电磁轴承转子回转精度的因素。结果表明,转子质量偏心,传感器测量表面不圆度,以及电源内部噪声等干扰因素对回转精度影响较大,这对实际系统的设计与调试具有一定的指导意义。     

基于LQG与LMS的电磁轴承系统振动控制研究

电磁轴承传统的PID控制器鲁棒性不足,对不平衡振动难以有效抑制,针对这一问题,开展了基于线性二次型高斯(LQG)控制与最小均方(LMS)算法的电磁轴承转子系统振动控制研究.首先,基于有限元方法建立了转子系统模型,并对模型进行了降阶;随后,考虑传感器与功率放大器模型及参数的影响,与转子系统模型耦合,建立了系统的综合模型,...     

陶瓷球轴承高精密电主轴临界转速分析

主要研究陶瓷球轴承高精密电主轴动态性能。首先简化并建立轴承—转子系统模型,然后根据电主轴高精度要求选择合适的预紧力,并计算出前后轴承的径向刚度;将所建模型导入软件,根据径向刚度值进行模态分析,结果可以看出所设计电主轴在实际运转中不会产生共振;最后分析出电机转子安装位置变化对临界转速的影响不大,并对比跨距和悬伸量两个模态参数对临界转速的影响,跨距影响最大,悬伸量次之,而安装位置影响最小。该研究为电主轴的设计提供良好的理论依据。     

ANSYS在AMB转子系统动力学特性分析中的应用

利用ANSYS软件对AMB转子系统动力学特性进行分析研究是目前在磁悬浮理论研究中的一个热点.讨论了在ANSYS中,AMB转子系统动力学特性分析的基本方法和过程.针对AMB的特征,将其模拟为具有一定刚度和阻尼的弹簧模型,并针对一个实际样机进行了初步分析.方法可以简化计算的过程,但对于其结果可能还有一定的误差.在此基础上,提出了修正的方法.结果和构思对今后AMB转子动力学特性的有限元分析研究有一定的借鉴作用.     

电磁轴承的主动控制研究

鉴于磁力轴承本质上是不稳定的，因而引入闭环主动控制后的主动型电磁轴承（简称电磁轴承），就成为人们关注和研究的重点．本文在介绍电磁轴承工作原理的基础上分析和给出了单自由度磁悬浮系统的数学模型及相应的闭环控制方块图．结合一个设计实例，给出了确定控制器参数的稳定范围的方法，并讨论了控制器参数对电磁轴承系统动态参数的影响等．     

1.23m SiC主镜的本征模式主动光学校正

采用直接最小二乘法和自由谐振法对大口径高刚度SiC主镜进行主动校正易引入较多解算误差,故本文提出以主镜的本征模式进行主镜面型校正来优化解算校正力幅值,以改进系统校正效果。该方法首先对主镜的响应矩阵进行一系列数学转换,得到一组相互正交的主镜本征模式,然后以各模式面形拟合校正目标,解算校正力。对1.23m SiC主镜和主动支撑系统进行了有限元建模,通过仿真验证了提出方法的正确性。在此基础上,在搭建的1.23m SiC主镜主动光学实验系统上进行了主动光学校正实验,并针对实验系统进一步优化了提出的方法。实验结果显示:利用该方法可将实验系统主镜面形误差由0.23λRMS校正至0.048λRMS,表明以主镜本征模式进行主动校正,可有效抑制解算校正力幅值,提高系统校正能力。该方法适用于大口径、高刚度SiC主镜的主动校正。     

基于单片机的车轮弯曲疲劳试验机自动控制系统

疲劳破坏是汽车车轮最主要的失效形式,它直接关系到乘客的人身安全。弯曲疲劳强度是用来描述这一状态的重要参数。本文设计了基于单片机控制的汽车车轮弯曲疲劳试验机自动控制系统,可实现试验过程中由单片机对弯矩进行实时测控、显示,并保持弯矩在试验过程中基本恒定。试验机通过监视试验转数的变化,判断车轮是否失效,具有车轮疲劳破坏前的报警功能。     

高速动车组车下设备对车体振动传递与模态频率的影响机理研究

提出包含车下设备的高速动车组整备状态车体模态频率数值计算方法,并通过有限元分析及模态试验,验证该方法的准确性。理论研究车下设备对车体振动传递特性的影响,定义车体的名义垂向一阶弯曲模态频率,并结合数值计算、振动传递分析与模态试验分析,分析车下设备悬挂参数对车体模态频率的影响机理。研究表明,采用弹性吊挂的车下设备将与车体形成耦合振动系统,且耦合振动系统在原车体垂向一阶弯曲模态频率附近产生一个新的低频振动分量和一个新的高频振动分量;低频振动振型为车下设备垂向振动与车体垂向一阶弯曲振动同相,高频振动振型为二者反相振动;随着车下设备悬挂刚度的变化,车体的名义垂向一阶弯曲频率将会发生"频率跳变"现象。     

TRAVELING MACHINE DRIVEN BY PIEZOELECTRIC BIMORPH

A rectangular bimorph will vibrate in bending mode under alternating current (AC) electric field. If two opposite tips along longitudinal direction are both clamped,the maximum magnitude of bending displacement occurs on the short center line. Using bimorph type vibrators forementioned as actuators,an invention of simple traveling machine based on stick-slip principle is presented. The machine can not only move along both x and y direction within horizontal working plane,further-more,excellent bearing ability and agile response as well as stable step are also proved. In addition,the machine can work on stepping mode and scanning mode at the same time,hence the contradiction between long stroke and high precise positioning is solved. Therefore,it meets the needs of mi-cro/nanometer precise positioning under long stroke and is desired to be used as carrying stage for micro-assembling system and locomotive mechanism for miniature robot system.     

Analysis of Friction-Induced Vibration Leading to Brake Squeal Using a Three Degree-of-Freedom Model

Friction-induced vibration is a common phenomenon in nature and thus has attracted many researchers’ attention. Many of the mathematical models that have been proposed on the basis of mode coupling principle, however, cannot be utilized directly to analyse the generation of friction-induced vibration that occurs between two bodies because of a difficulty relating model parameters to definite physical meaning for real friction pairs. In this paper, a brake squeal experiment is firstly carried out by using a simple beam-on-disc laboratory apparatus. Experimental results show that brake squeal correlates with the bending mode of the beam and the nodal diameter out-of-plane mode of the disc as well as the cantilever length of the beam. Then, a specific three degree-of-freedom dynamic model is developed of the beam-on-disc system and the vibration behaviour is simulated by using the complex eigenvalue analysis method and a transient response analysis. Numerical simulation shows that the bending mode frequency of the beam a little greater than the frequency of the nodal diameter out-of-plane mode and a specific incline angle of the leading area to the normal line of the disc as well as a certain friction coefficient, are necessary conditions for the mode coupling of a frictional system. Results also show that when the frictional system is transited from a steady state to an unstable state for the variation of parameters, its kinetic and potential energy increase with time due to continuous feed-in energy from the friction force while the dynamic responses of the system change from the beating oscillation to the divergent, which leads to the friction-induced vibration and squeal noise.     

型材2D张臂式拉弯机构运动仿真及夹钳轨迹自动生成

针对法国ACB公司的型材2D张臂式拉弯设备,基于MATLAB开发了型材拉弯机构运动仿真系统。该系统能够按照控制型材变形量的模式生成夹钳的空间位置轨迹并对机构的运动进行动画仿真,同时可以输出动力显式有限元模拟软件所需的夹钳位移(或速度)边界条件,解决了位移控制模式下型材拉弯有限元模拟时夹钳轨迹难以设计的问题。根据有限元模拟计算的结果可以对夹钳的运动轨迹进行不断调整,直到获得满意的结果,从而实现夹钳轨迹的优化。     

Large deflection analysis of elastoplastic plate in steady continuous four-roll bending process

This paper presents a mathematical model to simulate the mechanics in a steady continuous bending mode for four-roll thin plate bending process. The differential equations governing the large deflection bending of elastic-perfectly plastic thin plate are derived by modelling the loading and unloading deformation of the operational process. Through a semi-analytical solution of the system equations, the physical quantities of (i) the deformation and stress resultants of bend plate, (ii) the springback, (iii) the shift of contact-angle of bend plate with rolls, (iv) the applied forces on rolls, (v) the bending torque and power, and (vi) the position of the operative side roll, etc., associated with bending of a plate to an anticipated curvature, for single-pass bending operation, are predicted and discussed.     

车体垂弯振型节点位置对其弹性振动的影响

根据车体的结构属性和质量分布将其考虑为多段变截面欧拉梁，建立包含车体一阶垂弯模态的车辆垂向动力学模型，研究车体一阶垂弯振型的节点位置对高速列车振动舒适度的影响，提出改善车体弹性振动的措施。基于变截面欧拉梁模型分析车体各截面的质量和抗弯刚度分布对模态振型的影响，发现不同截面之间的抗弯刚度和质量分布对整体模态振型影响显著，提高车体中部结构的抗弯刚度并减小其质量，可以增大节点间距和提高模态频率，而传统均直等截面梁模型则不能准确描述振型的幅值和节点位置。采用频域分析方法计算车辆在轨道随机激励下的振动响应，将车体垂弯振型节点调整到转向架二系上方附近时，车体的弹性振动水平显著降低，在车速为300 km/h时车辆舒适度指标可降低50%。