用于高转速球形电机的球形转子变形分析

介绍了一种用于转速为300 r/min的球形电机的球形转子机构。利用ANSYS Workbench有限元分析软件根据工作状况对转子进行了离心力变形、温度变形、压力变形及3种载荷下的多物理场耦合仿真分析,得出了温度和离心力是实心球形转子产生变形的主要原因及其规律,以及采用静力学与瞬态动力学对同一结构计算结果的差异。不仅证明了此类球形转子在300 r/min转速时的可行性,同时为更高转速的球形电机球形转子的变形仿真提供了重要的参考依据。     

静电陀螺仪空心球转子变形分析

提出了基于有限元方法对静电陀螺仪空心球转子离心变形、温度变形、压力变形和综合变形的分析方案,并给出了减少变形的措施。分析结果表明:转子的变形主要是由温度引起的,压力和离心产生的变形相对比较小;离心变形对转子的球形度影响较大,但变形值要比温度引起的变形值约小2个数量级;温度变化对转子的半径变化产生较大影响,但主要影响转子与电极之间的间隙,对转子的球形度几乎没有影响;同样,压力变形对球形度影响较小,对半径影响也较小。因此,在结构设计时将转子半径变化考虑进去,并加以补偿,则对转子半径的影响就可以忽略。可以通过在四个标准大气压和五个标准大气压下将空心球转子研磨成球形,来消除离心变形对转子球形度的影响。结果还表明该方案对空心转子静电陀螺仪转子的研制具有重要的应用价值。     

静电陀螺仪空心球转子变形分析

介绍了静电陀螺仪空心球转子的结构。并利用有限元分析软件根据工作环境的不同对转子进行了静态变形、动态变形和综合变形的仿真分析,得出了球转子的变形规律及变形量。为转子的设计、静电陀螺仪的建模提供了重要的理论参考依据。     

静电陀螺仪长球形空心转子的径向变形设计

根据弹性力学薄壳理论的载荷弹性变形计算公式，应用小变形独立作用与合成原理，构建了静电陀螺仪空心转子表面径向载荷的径向变形与离心载荷的径向变形的迭加计算公式，并按径向变形迭加计算公式构造了两极长、赤道短的长球形空心转子。该长球形空心转子在高速旋转工作时能具有较为理想的圆球形。最后，以示例对两极长、赤道短的长球形空心转子的设计、加工、测量进行了说明。     

三种典型内腔结构球形空心铍转子的分析

以三种内腔结构不同的静电陀螺仪Φ38mm球形空心铍转子为例,导出了它们的壁厚计算公式,根据薄壳理论解析计算了它们在工作状态下的离心变形,探讨了离心变形对转子圆球度的影响,解读了它们的结构特点,可作为合理选择转子内腔结构的参考.     

永磁多维球形电动机转子动力学仿真分析

简要介绍了永磁多维球形电动机结构,建立了该结构电动机转子的动力学模型;对该结构的球形电动机转子在负载条件下的动力学性能进行分析,得到其角位移、角速度、角加速度,揭示其转子在负载工况下的运动规律,为进一步实施电动机的控制奠定基础。     

单齿转子压缩机转子变形的有限元分析

利用有限元方法对单齿转子压缩机运动过程中转子的力、热变形进行了计算,并对转子的热变形计算结果进行了实验验证。分析结果表明,热变形是单齿转子压缩机转子变形的主要因素,转子的铸造空腔结构导致转子径向变形很不均匀。     

血泵转子系统的结构非线性分析

为了研究外力冲击对血泵转子系统结构非线性的影响,在SolidWorks中对血泵转子系统建立了三维立体模型,然后将建立好的模型导入到有限元分析软件ANSYS中,并对其进行结构非线性分析,分析得出了血泵转子系统的应变分析云图、应变随载荷步的变化趋势图和应变随载荷步的变化规律。通过研究表明:血泵转子系统设计合理,当受到外界冲击变形时,不会影响血泵的正常工作;在外部载荷的作用下,最大变形出现在血泵转子系统较粗一端的永磁体上,在对血泵转子系统的优化设计时,应重点考虑此部位;通过对血泵转子系统的结构非线性分析,为血泵转子系统的优化设计提供了数据支持,并为血泵后续的其它非线性分析奠定了基础。     

高速永磁电机转子静力学与模态分析研究

高速永磁电机运行时转子产生较大离心力,为了避免电机转子失效,在设计阶段对电机转子静力学与模态分析至关重要。以转速高达90000 r/min永磁发电机为研究对象,通过三维软件UG建立该高速电机转子模型,在ANSYS软件中对转子进行静力学分析,得出电机转子在高速工况下变形和应力分布规律;通过模态分析,得到了电机转子结构固有频率和振型云图,最后进行了样机制作并配套永磁发电机。相关研究工作为高速永磁发电机设计提供了一定参考价值。     

一种同轴向双偏心转子球形机器人的设计

提出了一种采用同轴向双偏心质量转子结构的球型机器人设计方案。该方案在球形机器人同一直径方向上安装对称的两个偏心质量转子,通过改变偏心转子的运动状态,实现球形机器人的直线滚动和转向运动。根据该机器人的结构特点,采用拉格朗日方程对直线滚动和转向运动进行了动力学分析,给出了运动微分方程。最后通过Matlab仿真证明了这种设计方案的可行性。     

静电悬浮转子微陀螺微位移信号检测系统的设计

为实现对悬浮转子微陀螺转子五自由度的测量,提出了一种频分复用的微位移检测原理,主要介绍了多频率信号发生器,前置放大器,锁相放大器组成的测试系统,设计了一种基于DDS技术的多频率信号发生器和基于锁相放大原理的解调电路。实验和分析结果表明,该电路能实现多自由度微位移检测,设计的多频率信号发生器的频率分辨率能达到0．005821Hz,相位分辨率可以达到0．006rad,检测轴向灵敏度为1．34V／μm,检测径向灵敏度为0．092V／μm,测量电路的轴向位移分辨率为0．45nm,径向位移分辨率为6．6nm,转角的分辨率为0．25μrad,位移检测电路的分辨率,灵敏度和测量范围能够满足静电悬浮转子微陀螺的控制需要。     

转子热弯曲变形及其影响的数值分析方法

研究了转子热弯曲及其对振动影响的数值分析方法。采用三维有限元法计算轴的温度场及热弯曲变形，或采用一阶振型分配法估算轴的热弯曲变形，采用传递矩阵法计算热弯曲振动响应，计算结果与有关理论解吻合良好。这些方法在热弯曲试验器分析中得到了验证。本文提出的数值分析方法可以用于实际发动机转子热弯曲及其影响的分析     

高速大惯量磁悬浮转子系统 章动交叉控制的保相角裕度设计

研究了章动交叉反馈校正的参数设计方法。针对大惯量高速磁悬浮转子支承系统,采用双频Bode图进行章动稳定性分析。在此基础上,提出一种基于双频Nyquist曲线的交叉参数保相角裕度设计方法。在给定相位超前角的情况下,通过矢量合成确定章动交叉的比例系数和高通滤波器截止频率,实现了章动交叉反馈的鲁棒稳定设计。设计的交叉控制器使研制的磁悬浮控制力矩陀螺转子临界稳定转速由10 500 r/min提高到20 400 r/min。试验结果表明,保相角裕度方法为交叉反馈校正提供了有效的参数设计手段。     

The effects of patch-potentials on the gravity probe B gyroscopes

Gravity probe B (GP-B) was designed to measure the geodetic and frame dragging precessions of gyroscopes in the near field of the Earth using a drag-free satellite in a 642 km polar orbit. Four electrostatically suspended cryogenic gyroscopes were designed to measure the precession of the local inertial frame of reference with a disturbance drift of about 0.1 marc sec/yr-0.2 marc sec/yr. A number of unexpected gyro disturbance effects were observed during the mission: spin-speed and polhode damping, misalignment and roll-polhode resonance torques, forces acting on the gyroscopes, and anomalies in the measurement of the gyro potentials. We show that all these effects except possibly polhode damping can be accounted for by electrostatic patch potentials on both the gyro rotors and the gyro housing suspension and ground-plane electrodes. We express the rotor and housing patch potentials as expansions in spherical harmonics Y(l,m)(θ,φ). Our analysis demonstrates that these disturbance effects are approximated by a power spectrum for the coefficients of the spherical harmonics of the form V(0)(2)/l(r) with V(0) ≈ 100 mV and r ≈ 1.7.     

转子扭转振动的相似模型试验分析

通过理论分析表明，对一转子，若将其径向尺寸缩小到原来的１／Ｋｄ，轴向尺寸缩小到原来的１／ＫＬ，按相同或不同的材料制做成一相似模型，则相似模型扭转振动的频率特性曲线和实际转子的频率特性曲线相似，两者固有频率之间具有确定的相似关系，并且和径向尺寸缩小的比例Ｋｄ无关，两者的振型完全相同。本文研究的结果，可作为转子扭转振动特性相似模型试验分析的基础。     

双框架磁悬浮控制力矩陀螺动框架效应补偿方法

双框架磁悬浮控制力矩陀螺(Double gimbal magnetically suspended control moment gyroscope,DGMSCMG)是由磁悬浮高速转子系统与内框架、外框架速率伺服系统构成的航天器新型姿控执行机构。由于非线性及三个子系统间的强耦合,框架转动时磁悬浮转子位移急剧增大影响稳定性,同时框架系统的响应速度显著下降,称之为动框架效应。该效应严重影响了DGMSCMG的功能,必须加以抑制。建立DGMSCMG的动力学模型,分析三个子系统间的动力学耦合机理,提出一种基于复合控制的补偿方法,引入针对陀螺项的反馈和针对框架角速率给定的前馈消除磁悬浮转子附加位移,提高框架系统响应速度,并对补偿后系统做全局稳定性分析。仿真和试验结果表明,该方法能在保证系统稳定性的前提下有效抑制动框架效应,满足DGMSCMG的功能要求。     

基于双频Bode图的磁悬浮控制力矩陀螺转子弹性自激振动抑制用陷波器设计

由于强陀螺效应和控制系统的高频滞后,磁悬浮控制力矩陀螺转子存在高频弹性自激振动,需要采用陷波器（Notch Filter－NF）进行相位校正和抑制,但是目前仍然缺乏有效的NF参数设计方法。本文提出一种基于双频Bode图的NF参数设计方法,采用双频Bode图分析转子弹性模态稳定性,得出不同转子转速下对NF相位校正角的要求,然后在保证转子章动稳定性的前提下优化设计NF参数。采用该方法设计的NF有效抑制了转子的弹性自激振动,使所研制的磁悬浮控制力矩陀螺稳定升速到20000r/min,验证了该方法的实用性和有效性。