两种球形转子平衡装置干扰力矩的比较

检测球形转子质心偏移量的基本原理是通过测量转子在悬浮状态下由摆性力矩造成的摆动周期而确定的 ,因此悬浮装置的干扰力矩必须足够地小。比较了半碗六电极静电悬吊式和中心小孔供气球冠支承式两种平衡装置的干扰力矩 ,其中包括守恒力矩和非守恒力矩。通过仿真计算并结合实际应用条件 ,得出了气浮支承适用于转子粗平衡 ,静电悬吊可以用于高精度平衡的结论     

小孔节流动静压混合气体润滑球轴承的干扰力矩分析

为提高小孔节流动静压混合气体润滑球轴承的漂移精度,分析了气体干扰力矩(误差力矩)的成因,在一定假设条件下,建立了干扰力矩的数学模型;运用有限元方法,实现了该结构轴承小误差条件下气体干扰力矩的数值求解,并分析了节流孔的孔径误差、节流孔在球面上的位置度误差、球或球腔的非球形误差等几种常见误差对干扰力矩的影响规律。结果表明,节流孔尺寸误差越大、位置偏移误差越大,引起的干扰力矩越大;转子或球腔的非球形误差以及方位角变化,使转子表面切向方向存在不对称的气体分流,使支撑力不通过球心,引起干扰力矩,非球形误差越大,干扰力矩越大;干扰力矩随轴承偏心率增加而增大,同时轴承发生轴向和径向偏心时,即使无误差,也会产生干扰力矩;摩擦力矩不直接影响仪表的漂移率,只对转子的转动起阻尼作用。实验测量了静止状态下,一种开式结构的小孔节流气体润滑球轴承的干扰力矩,验证了该模型和求解方法的正确性。     

静电陀螺电场干扰力矩分析

本文推导了正六面体电极分布的常平架静电陀螺仪电场干扰力矩计算的一般公式。计算实例可作为合理分配各项工艺误差参考。     

基于不平衡响应的转子动刚度测量方法

基于转子不平衡响应原理,推导了转子动刚度计算方法,建立了一种转子系统动刚度测量方法。在某双盘转子试验器上开展了转子动刚度测量实验。实验结果表明:由转子动刚度曲线计算的一阶临界转速最大误差为1.5%;以盘一、盘二处的轴系静刚度为基准,由动刚度曲线计算的轴系静刚度最大测量误差为5.7%。利用转子动刚度研究了不同支座地脚螺栓拧紧力矩对转子系统的影响,结果表明:当支座反力小于支座拧紧力矩所能产生的最大静摩擦力时,增加支座连接刚度并不会改变转子系统的动刚度。     

提高双框架磁悬浮CMG动态响应能力的磁轴承补偿控制方法与试验研究

针对高动态响应双框架磁悬浮控制力矩陀螺对高速转子悬浮精度的影响,分析磁悬浮高速转子与内、外框架非线性耦合特性,建立内外框架转动时的高速转子动力学模型.该模型在原有陀螺力矩的基础上兼顾转动惯性力矩,考虑到转动惯性力矩中框架角加速度变量在测量过程中存在的不确定干扰和噪声,采用鲁棒H(滤波对内外框架角加速度进行滤波估计;在此基础上,根据力矩补偿控制策略,利用磁轴承控制系统驱动线圈产生相应的电磁力,对转动惯性力矩和陀螺力矩进行补偿控制.试验结果表明,H(滤波对于噪声的不确定性具有良好的鲁棒性,磁悬浮高速转子跳动量减至补偿前的30%以内,提高了磁悬浮系统的稳定性和悬浮精度,改善了控制力矩陀螺的力矩输出特性.     

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。     

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。     

三角转子压缩机的动力计算

介绍三角转子压缩机的动力计算。动力计算包括：密封片的运动及受力分析；密封片与气缸间摩擦力及转子轴承载荷的计算；转子的公转力矩，飞轮矩及自转力矩的计算；压缩机的惯性力及惯性力矩的平衡。     

五自由度全永磁轴承系统的稳定悬浮特性分析

为探讨永磁悬浮轴承系统的稳定悬浮特性,从轴承刚度角度对五自由度全永磁轴承系统的稳定悬浮特性进行了分析。采用等效磁荷理论建立永磁轴承的承载力、承载力矩和刚度的数学表达式,并利用蒙特卡洛法对表达式中存在的四重积分进行求解。探究转子在受迫进动情况下以及受到外力矩干扰时继续保持稳定旋转所需要的最低临界转速。基于轴向永磁轴承与径向永磁轴承的结构,提出一种六磁环五自由度全永磁轴承系统结构模型,对全永磁轴承的转子系统承受轴向和径向外载荷的承载力、力矩和承载刚度进行分析,得出轴向可以承受外载荷而径向无法承受外载荷,即静态下轴向可以稳定悬浮、径向不能稳定悬浮,符合Earnshaw定理。利用刚性转子的陀螺惯性力矩来承受全永磁轴承系统的不平衡力矩和外力矩,从而保持转子定轴自稳定悬浮,并对系统稳定悬浮特性进行计算,结果表明转子在超过最低临界转速后是可以实现动态稳定悬浮的,具有一定的工程应用价值。     

圆柱滚子轴承刚性转子系统周期运动分岔

推导了考虑径向力、力矩联合作用的滚子轴承的非线性轴承力和力矩,建立了圆柱滚子轴承刚性转子系统的四自由度动力学方程,利用求解非线性非自治动力系统周期解的延拓打靶算法进行计算,根据Floquet乘子判断周期运动的分岔.以某滚子轴承刚性转子系统为例,研究了该类转子系统在径向间隙-转速、阻尼-转速、力矩-转速参数域内周期运动的分岔及失稳规律.结果发现:随径向间隙、阻尼和力矩的变化,周期运动将产生倍周期或Hopf分岔,分岔转速随参数变化而改变.其中力矩的存在会明显降低系统的失稳转速,可通过选择合适的结构和工况参数尽量避免滚子轴承转子系统出现非周期运动.     

小型力矩电机波动力矩的测量

综合考虑现有无刷直流力矩电机波动力矩动静态测量方法的不足,提出了一种精确测量力矩电机波动力矩的方法。分析了力矩电机波动力矩经典测量方法的误差来源,根据力矩电机分体式的结构特点和可以长期堵转的性能特点,提出了采用电机定子相对转子旋转测量波动力矩的方法。在力矩电机转子堵转的状态下,通过外力旋转定子,测量电机堵转力矩的波动值,从而有效减少测量过程中惯性力矩和摩擦力矩引入的误差。根据提出的测量方法搭建了一套波动力矩测量装置,使用蜗轮蜗杆机构实现了定转子的相对旋转,并对测量装置进行了校准实验。实验结果表明,对于量程为0~1Nm的装置,其测量准确度可达0.3%,线性度为0.1%,基本满足无刷直流力矩电机对波动力矩测量的精度要求。     

磁悬浮球形磁阻电动机转子位姿描述与检测研究

转子位姿检测是磁悬浮球形磁阻电动机运行的重要环节,它包括了转子的位置检测和姿态检测.在球形磁阻电动机上建立三维坐标系,推导出转子姿态的描述方法.提出基于径向位移传感器和角位移传感器计算转子姿态的方法,该方法通过球面的几何关系,由传感器检测出的数据计算出球体的姿态矩阵,通过坐标系的旋转与位置变换算出球体上任意-点的位置坐...     

反向旋转双转子系统动力特性分析

反向旋转的双转子系统已被相当一部分航空发动机采用,以利于减小高、低压转子陀螺力矩的影响,降低机匣负荷,提高飞机机动性能。本文分析了一种中介联接方式较特殊的反向旋转双转子结构,即其中介轴承外圈与低压转子联接,内圈与高压转子联接。针对这种结构,本文应用传递矩阵法,结合边界条件,提出了一种较为简便的改进方法,分析了反向旋转双转子结构前3阶临界转速特性和振型特点,研究了支承刚度对结构的前3阶临界转速的影响。此外,本文对不同支承刚度下双转子结构的1阶临界转速进行了试验研究,并与计算值进行了对比,吻合较好。     

旋转机械空间域矢谱分析方法与应用

旋转机械结构的复杂化需要更加精确地了解转子的空间振动形式。为了实现转子振动的三维描述，从转子动力学基础理论出发，详细研究转子在三维空间的运动形式，得出结论，转子的单频轴心轨迹为一空间平面的椭圆。以该结论为基础，结合双通道矢量谱分析实现转子的空间域矢谱分析，并用工程信号验证其实用性。     

磁力磨削管道内壁转子磨具研究

为了有效地去除细长不锈钢管道内表面的氧化皮并减小其表面粗糙度值,设计了一套既具有较大导磁性又具有很强磨削能力的转子磨具。该转子磨具在外部旋转磁场的带动下,在工件内腔旋转并做轴向运动,为由于本身特殊性不易做高速旋转运动的细长类零件提供了一种行之有效的加工方法。本文在转子磨具磁力磨削加工的基础上,利用Ansoft软件建立了该实验装置的2D瞬态场模型,得到了其磁力线分布、磁感应强度分布和模型的电磁转矩曲线。通过对转子磨具电磁转矩的模拟结果与切削力矩的理论计算对比,验证了该转子磨具具有很强的切削性能,可有效的去除工件内壁氧化皮并减小了其表面粗糙度值。     

Modeling and Analysis of a Micromotor with an Electrostatically Levitated Rotor

The modeling and evaluation of a prototype rotary micromotor where the annular rotor is supported electrostatically in five degrees of freedom is presented in order to study the behavior of this levitated micromotor and further optimize the device geometry. The analytical torque model is obtained based on the principle of a planar variable-capacitance electrostatic motor while the viscous damping caused by air film between the stator and rotor is derived using laminar Couette flow model.Simulation results of the closed-loop drive motor, based on the developed dynamic model after eliminating mechanical friction torque via electrostatic suspension, are presented. The effects of the high-voltage drive, required for rotation of the rotor, on overload capacity and suspension stiffness of the electrostatic bearing system are also analytically evaluated in an effort to determine allowable drive voltage and attainable rotor speed in operation. The analytical results show that maximum speed of the micromotor is limited mainly by viscous drag torque and stiffness of the bearing system. Therefore, it is expected to operate the device in vacuum so as to increase the rotor speed significantly, especially for those electrostatically levitated micromotors to be used as an angular rate micro-gyroscope.     

Experimental hover performance evaluation on a small-scale rotor using a rotor test stand

This paper presents the work being carried out in order to deduce hover performance of a small-scale single rotor blade as a preliminary study of a small coaxial rotor helicopter development. As an initial research, a test stand capable of measuring thrust and torque of a small-scale rotor blade in hover state was constructed and fabricated. The test stand consists of three parts; a rotating device, a load measuring sensor and a data acquisition system. Thrust and torque were measured with varying collective pitch angle at fixed RPM. Through this research, hover performance tests were conducted for a small-scale single rotor blade operating in low Reynolds numbers (Re ≈ 3 × 10⁵). The rotor blades investigated in this paper have maximum FM values varying from 0.59 to 0.65, which are low relative to modern full-scale helicopters. From these differences in FM between a small and a full-scale helicopter, the induced power factor is determined as varying from 1.35 to 1.42. Through this study, tests of hover performance were conducted for a single small-scale rotor blade, as well as verifying the test stand itself for the acquisition of hover performance.     

球形转子不平衡量的一种自动测量方法

利用面阵CCD和PCI图像卡,将转子上一固定标志点转化为图像中局部特征的亮度并用数字图像处理技术提取标志点的位置从而记录转子摆动过程,以转子的运动方程为状态方程,建立最优估计模型对采集得到的摆动轨迹进行辨识,得到了转子的不平衡量。对测量系统进行的误差分析及试验结果证明整个测量装置具有可自动测量、测量时间短和测量精度高的优点。     

超导转子旋转驱动装置设计

设计了一种基于迈斯纳效应的超导转子旋转驱动装置,利用驱动装置的定子线圈产生的磁场在空心转子内壁窗口产生的转动力矩驱动转子旋转。对超导转子旋转驱动力进行了有限元分析,结果表明,驱动力矩近似与驱动电流的平方成正比。在4.2 K温度、30 Pa气压下进行了转子旋转实验,30 A驱动电流下转子转速达到了8512 r/min。实验结果为进一步优化装置运行参数及提高转子旋转稳定性奠定了基础。