大型异步电机结构振动特性的研究

精确计算电机的固有频率和响应,对于预测电机的振动和噪声是至关重要的.文中利用三维有限元分析研究大型感应电机定子的振动模态和固有频率,并分析绕组、端盖、连接筋及安装方式对电机定子固有频率和振动模态的影响;研究表明,对于大型异步电机,定子绕组对固有频率和振动模态有显著的影响,安装端盖和机座固定使定子固有频率上升,通过改变机座及端盖结构可改变定子固有频率,避免发生共振,采用弹性连接筋,可有效减小定子振动的传播.实验验证部分计算结果.     

五自由度混合磁轴承结构参数设计与分析

提出一种新型的五自由度混合磁轴承支承高速电机系统,由径向二自由度混合磁轴承、径向-轴向三自由度混合磁轴承和高速电机构成.文中介绍混合磁轴承的结构和工作原理,二自由度混合磁轴承采用轴向充磁的环形永磁体提供偏置磁场,定子采用双片式八极结构,每片定子有四个凸极.三自由混合磁轴承集成径向和轴向磁轴承功能,采用径向充磁的环形永磁体提供径向和轴向偏置磁场.导出磁轴承的数学模型,给出详细的参数设计方法,最后采用Maxwell电磁场有限元分析软件对磁轴承的磁路和主轴受力情况进行分析.理论研究和有限元分析表明,这种五自由度混合磁轴承系统结构参数设计合理.     

支承高速电机的混合磁轴承结构参数设计与分析

提出了一种5自由度混合磁轴承支承高速电机系统,由径向2自由度混合磁轴承、径向-轴向3自由度混合磁轴承和高速电机构成.2自由度磁轴承定子采用8极结构,4个是控制磁极,4个是嵌入永磁体的永磁磁极.3自由度混合磁轴承集成了径向和轴向轴承功能,采用径向充磁的环形永磁体提供径向和轴向磁轴承偏置磁场.文中介绍了混合磁轴承的结构和工作原理,导出了磁轴承的数学模型,给出了详细的参数设计方法,最后采用MAXWELL电磁场有限元分析软件对磁轴承的磁路和主轴受力情况进行了分析.理论研究和有限元分析表明:这种5自由度磁轴承系统结构参数设计合理.     

磁悬浮轴承在高速旋转机械上的应用及一种混合径向磁悬浮轴承的设计

着重阐述高速轴承家族的一颗新星一磁悬浮轴承。第一部分讲述磁悬浮轴承的工作原理及其分类,磁悬浮轴承的特点及国内外对这项技术的研究与应用现状,并预测它的发展前景;第二部分结合具体生产实践,提出一种混合径向磁悬浮轴承的设计,对径向被动磁轴承部分进行了定性分析,对其工作稳定性和可靠性进行了理论论证,详细讨论了各种因素对其径向稳定性,轴向稳定性和横轴稳定性的影响,提出了消除这些影响的方法与措施,通过计算机数值分析掌握了磁环几何参数对磁轴承径向刚度的影响,并对磁轴承的径向刚度进行校核,对轴向主动磁轴承部分给出一种完全新型结构和控制方法,具有结构紧凑、控制电路简单、方便实用的特点。本文为混合磁悬浮轴承的设计提供了一定的理论基础,按此设计原理和计算公式,可设计出多种负载能力的径向混合磁悬浮轴承。     

天然气压差发电机用主动磁轴承-转子系统支承特性参数分析

以490 kW天然气压差发电机为研究对象,对其高速电动机的主动磁轴承-转子系统进行稳定性分析.首先,根据实际工况给出的转子系统各部分物理参数设计了三维模型;其次,依据主动磁轴承的支承原理、结构参数和控制系统的相关理论得到转子系统的径向支承刚度和轴向支承刚度;最后,运用ANSYS-Workbench对转子系统进行模态分析...     

飞轮储能磁轴承系统结构及其悬浮特性

介绍了一种由径向永磁轴承与电磁推力轴承组成的单轴主动控制的飞轮储能磁轴承系统结构 ,径向永磁轴承提供径向恢复力与轴向悬浮力 ,电磁推力轴承提供轴向恢复力。并对系统的结构参数计算及其磁悬浮特性进行了分析与讨论。研究结果表明 ,永磁轴承动、静磁环轴向位移对系统承载力与刚度有明显影响 ,采用多对磁环永磁轴承 ,有利于提高系统承载力与径向刚度     

基于Isight的径向磁悬浮轴承结构优化设计

以卧螺离心机用磁悬浮轴承为研究对象,将励磁绕组骨架装配体加入磁轴承定子模型,讨论骨架在磁轴承定子中的2种装配形式。通过优化集成平台Isight集成UG和ANSYS,研究磁悬浮轴承各结构参数对支承性能的影响以及线圈骨架的存在对磁轴承几何参数的影响。以电磁力最大为目标,对磁悬浮轴承进行结构优化,结果表明,磁轴承承载力和励磁磁势利用率较原先提升了11.88%,取得了良好的优化效果。     

基于NewSpilad的高速电主轴静动态特性分析与研究

文章通过NewSpilad软件对电主轴进行静态和模态分析,探究轴承预紧力和主轴悬伸量对主轴刚度及固有频率影响。结果表明：调整轴承的预紧力对主轴径向刚度影响很小,变化量在20%以下;轴向刚度影响较大,变化量在50%以上;对主轴的固有频率影响较小,最大变化量为24%;增加悬伸量对主轴轴向刚度影响较小,变化量在5%以下;对径向刚度影响较大,变化量在13%左右;一阶固有频率有提升趋势。并通过主轴静动态特性测试试验验证,对比发现有限元分析结果与实际测试结果误差在10%以下。该研究结果为主轴静动态特性分析提供理论基础,进一步提升了主轴设计开发能力。     

非倍极比双速电动机绕组排列特例的设计与分析(续94年第4期)

<正>5 槽配合选用 众所周知,三相异步电动机定转子槽配合的选用是电机设计的重要问题之一。齿槽配合选用不当将会引起附加同步转矩、附加异步转矩、单向径向力及附加损耗的增加。附加转矩将会影响异步电动机起动时最小转矩,严重时将使异步电动机无法正常起动。另一方面,定转子各次谐度磁场相互作用,将产生一系列旋转力波,特别是一些阶次较低的旋转电磁力波将会引起走子铁心轭环产生强烈的振动及较强的电磁噪声。 在双速或多速三相异步电动机中,采用不同的绕组连接方法,使定子绕组极对数发生变化,转子鼠笼绕组的极对数随定子绕组极对数的变化而变化,因此,在多速电机中,定转子槽配合的合理选择难度更大,定转子槽配合要同时满足不同极对数时都具有较小的同步转矩、异步转矩,较小的单向径向力及较小的低阶次的电磁力波。     

带弹性支承的角接触球轴承动态特性分析

针对航空发动机中的轴承支承模型,在有限元分析和轴承动力学的基础上,采用修正的Craig-Bampton固定界面模态综合法,建立了弹性支承结构与刚性的轴承外圈、轴承座之间的耦合连接,开发了带弹性支承的角接触球轴承动力学分析模型,分析并讨论了不同工况下,弹性支承体对轴承振动特性的影响。结果表明:与刚性支承相比,弹性支承能够降低系统固有频率下的振动幅值。轴承在轴向力作用下,力较小时,增大支承体的刚度能够降低振动幅值,力较大时,采用适当刚度的弹性支承有利于减小振动幅值;轴承在径向力作用下,存在一个合理的弹性支承刚度,使径向振动幅值达到最小。     

基于键合图的模态分析与应用研究

传统的模态分析方法采用牛顿定律建立运动方程,分析质量矩阵[M]和刚度矩阵[K],求解系统的固有频率和振型的过程十分复杂、繁琐。将键合图理论与方法运用于系统的模态分析,通过建立系统的状态空间方程,可以得到系统的模态。该方法能简便、正确计算系统的模态,获得完整的数据。文中提供的算例进一步证明了该方法的正确性和有效性。     

Dynamic characteristics of the rotor in a magnetically suspended control moment gyroscope with active magnetic bearing and passive magnetic bearing

For a magnetically suspended control moment gyroscope, stiffness and damping of magnetic bearing will influence modal frequency of a rotor. In this paper the relationship between modal frequency and stiffness and damping has been investigated. The mathematic calculation model of axial passive magnetic bearing (PMB) stiffness is developed. And PID control based on internal model control is introduced into control of radial active magnetic bearing (AMB), considering the radial coupling of axial PMB, a mathematic calculation model of stiffness and damping of radial AMB is established. According to modal analysis, the relationship between modal frequency and modal shapes is achieved. Radial vibration frequency is mainly influenced by stiffness of radial AMB; however, when stiffness increases, radial vibration will disappear and a high frequency bending modal will appear. Stiffness of axial PMB mainly affects the axial vibration mode, which will turn into high-order bending modal. Axial PMB causes bigger influence on torsion modal of the rotor.     

杆件轴力的一种识别方法

针对杆系结构中的轴力杆或索缆结构中的短索,提出了一种解析方法识别边界不确定杆件的绝对轴力,重点探讨了杆件抗弯刚度的影响.基于振动测试提取杆件的固有频率、位移模态或应变模态,以此构建特征方程进而识别其绝对轴力.数值算例分析表明,本方法在采用不同阶次的模态参数以及不同的杆件边界条件下都可取得相对误差3％以下的高精度识别结果,且在不测量杆件两端节点的有效长度、仅已知传感器之间的相对位置时即可实施.试验证实,基于加速度测量得到的前5阶模态参数都可基本准确地识别不同加载工况下杆件的绝对轴力,除小荷载外的多数工况都取得了相对误差10％以下的良好识别效果.     

DYNAMIC CHARACTERISTIC ANALYSIS OF PRECISE LONG STROKE LINEAR MOTOR WITH AIR-BEARING IN OPTICAL LITHOGRAPHY

Dynamic characteristic is presented by identifying the model and the dynamic parameters of a precise long stroke linear motor （PLSLM） with the air-bearing in optical lithography. The PLSLM is supported by air-bearing on the stator, and is driven by on-board two large linear motors in a cross-configuration. Firstly, a model of the PLSLM is established by finite element method （FEM）. Secondly, based on the model, the natural frequencies and model shapes are discusse＆ And the contribution of each active mode is evaluated by computing the modal participation factors （MPF）, which indicates the major vibration direction. Furthermore, by the experimental modal analysis, the experimental results are in agreement with simulation results, which it is sure that the FEM is reasonable. What＇s more, comparing with the effects on the frequency due to the air-bearing stiffness, the relations of the natural frequencies with the air-bearing stiffness are found. It is found that the frequency response curve is fluctuant with the air-bearing stiffness in each direction. Finally, it is conclusion that the natural frequency of the PLSLM is largely affected by the air-bearing stiffness variety. This research is contributed to the dynamic characteristics resulted from the air-beating stiffness. Further work will include better optimization on the dynamic parameter in the controller design through the control algorithm for the precise long stroke motor.     

高速动车组车体模态特性分析

针对轨道不平顺及设备运转使高速动车组运行过程中产生复杂的振动、严重降低乘坐舒适性和行驶安全性等问题,对车体进行模态特性分析,以改善车辆的动态响应特性。建立某高速动车组车体有限元模型,计算3种车体不同质量条件下的振动模态,分析设备吊挂位置和吊挂点数目对车体模态频率的影响,得到模态频率和振型的变化规律。在有限元计算的基础上搭建车体模态测试系统,对车体进行模态试验,分析仿真与试验结果的差异及原因,验证数值计算和有限元模型的正确性。结果表明,车体模态频率满足相关设计标准,不同质量的车体低阶模态振型变化趋势一致,吊挂位置对底架垂弯和车体扭转振动频率影响较明显,吊挂点数目增加使车体模态频率逐渐升高。     

基于ANSYS的磁悬浮挠性转子模态分析与设计

以一台磁悬浮挠性实验转子为例,结合ANSYS软件,探讨了磁悬浮挠性转子的模态设计方法,研究了支承刚度对转子模态频率和模态振型的影响,在此基础上,分析了过临界转速的磁悬浮挠性转子支承刚度的设定原则,并给出了磁悬浮实验转子的合理支承刚度范围。研究表明：影响转子模态可观性和可控性的一个重要因素是径向磁力轴承转子和位移检测环的长度之和与转子总长度的比值;支承刚度除了影响转子的模态频率外,还影响转子的模态振型,并且当支承刚度高到一定程度后,模态的可控性和可观性严重恶化,甚至可能导致磁悬浮转子过临界转速时失稳。     

高耸塔式结构动力特性设计与测试

为了满足上置设备工作需要,高耸塔式结构基频要大于某一给定数值。通过对结构基频计算公式和结构变形曲线分析,增大结构基频应以降低结构顶部质量和提高结构底部刚度为主的频率调整基本原则。基于空间有限元理论,通过模态分析获得了结构的频率和振型。利用环境激励下结构振动模态参数识别方法对雷达塔进行动力检测。采用模态识别法求出结构的前三阶频率、振型和阻尼值。引入模态置信因子和标准化模态差准则,对计算振型数据和实测振型数据进行分析比较,以验证有限元计算的准确性。该研究成果为深入研究高耸塔式结构频率调整、准确预测结构的动力响应提供可靠依据。     

超声电机定子模态频率的调节

Langevin振子型杆式超声电机利用两个空间正交、同频的弯曲振动模态工作.由于Langevin振子具有预紧力沿周向分布不均、加工有误差和材料不均匀等缺陷,加工好的电机定子两相弯振模态频率往往不一致.本文从理论上分析了两相模态频率不一致对电机输出性能的影响,并提出了一种调节电机模态频率的方法.通过结构摄动理论可知,当在电机定子的合适位置去除或增加一块质量时,能改变其模态频率.求解定子的动力学方程,得出了定子修改后的模态频率.通过有限元分析和模态分析,确定了定子修改的合适位置.最后制作了定子样机,对修改前后的定子模态频率进行了测试.结果表明,两相弯振模态频率之差由原来的1 860 Hz调整到了0 Hz,验证了本文方法的正确性.本文方法在定子装配好的状态下,对其两相频率进行调节,可以降低超声电机的制作成本,提高电机的输出性能.     

Vibration characteristics of a piezoelectric disk laminated with an elastic disk

This paper theoretically and experimentally deals with the vibration characteristics of a piezoelectric disk polarized in the thickness direction and laminated with an elastic disk. Axisymmetric vibration modes include radial and axial motions. Theoretically, in this study, the differential equations of piezoelectric motions were derived in terms of radial and axial displacements and electric potential. The differential equations of elastic motions were expressed in terms of radial and axial displacements. Solving the governing equations and boundary conditions for a coupled structure produced characteristic equations that provided natural frequencies and mode shapes. Experimentally, the natural frequencies were measured using an impedance analyzer and the radial in-plane motions of the fundamental mode were measured using an in-plane laser interferometer. The results of the theoretical analysis were compared with those of a finiteelement analysis and experiments; moreover, the theoretical analysis was verified on the basis of this comparison. It appeared that the natural frequencies of the radial modes of the piezoelectric disk were not affected by the elastic disk; however, those of the thickness modes were reduced by the elastic disk owing to the added mass effect.