基于不平衡响应的磁悬浮轴承刚度阻尼辨识方法研究

磁悬浮轴承的支承特性对转子轴承系统的临界转速、不平衡响应、稳定性有着非常重要的影响。研究一种基于不平衡响应辨识磁悬浮轴承刚度和阻尼的方法。首先使用MSC.Patran建立磁悬浮轴承转子有限元模型;使用Matlab软件实现基于不平衡响应辨识磁悬浮轴承刚度阻尼的基本原理;然后用有限元模型进行仿真辨识来验证该方法的可行性;并对一个五自由度的磁悬浮轴承试验台进行基于不平衡响应的磁悬浮轴承刚度阻尼的辨识试验研究。最后,为了检验辨识结果的正确性,赋予转子有限元模型试验辨识的磁悬浮轴承的刚度和阻尼,进行仿真与试验的系统不平衡响应对比,结果两者基本一致,表明该方法可以有效地辨识磁悬浮轴承的刚度和阻尼。     

磁悬浮支承转子系统的动力学特点

介绍了采用主动磁悬浮支承的转子系统动力学特性,说明了与传统轴承转子系统动力学相比的异同点,给出了一种分析计算以主动磁悬浮支承的转子系统动力学特性的方法.该方法包括系统临界转速的计算以及对应的振动模态分析方法.最后给出了部分分析计算和实验的结果.     

基于转速的磁悬浮轴承转子系统变参数控制

建立了磁悬浮轴承柔性转子系统数学模型.分析了磁悬浮轴承的支承特性、系统在不同控制参数下的稳态不平衡响应和在旋转状态下控制参数变化对系统稳定性的影响,提出了基于转速的变参数控制策略.构建了五自由度磁悬浮轴承转子系统试验台,将转速信号引入数字控制器,在不同转速区段采用不同PID参数控制磁悬浮轴承,进行了高速旋转试验.理论分析和试验结果表明,在不同转速区段采用不同控制参数,可以同时满足系统在低频段和高频段动态性能的要求,有效减小转子的不平衡振动,有利于系统平稳越过临界转速.     

考虑不平衡电磁拉力的偏心转子非线性振动分析

水轮发电机组转子相对偏心引起的不平衡磁拉力对转子振动有较大影响。从水轮发电机转子的气隙磁场能表达式出发,推导发电机转子的电磁刚度矩阵。利用拉格郎日方程,建立了刚性和短轴承弹性两种支承方式下考虑电磁刚度的转子振动模型。利用李雅普诺夫非线性振动稳定性理论,研究了电磁刚度和轴承弹性支承对转子的临界转速和偏心力作用下的横振幅值的影响,并分析了电磁、机械、轴承等参数对临界转速的影响程度。为进一步深入研究水轮发电机组轴系统在电磁,水力和机械结构参数共同作用下的动力特性打下基础。     

带柔性静子结构高速转子支承刚度修正方法

针对某涡轴发动机带柔性过渡段悬臂动力涡轮转子支承刚度的修正方法开展研究。以动力涡轮模拟转子为研究对象,建立了转子的有限元分析模型,基于SAMCEF分析软件计算得到了转子的前三阶临界转速和振型,在高速旋转试验器上完成了全转速范围内的动力特性试验,分析确认了柔性过渡段是导致模拟转子前两阶临界转速存在较大计算误差的主要原因,基于临界转速试验结果,提出了一种转子支承刚度的修正方法并对模拟转子的支承刚度进行了修正,推算得到了柔性过渡段的横向刚度。其次,以真实动力涡轮转子为研究对象,按修正方法对真实动力涡轮转子的支承刚度进行了修正,支承刚度修正后其前两阶临界转速的计算误差大幅减小,验证了该修正方法的正确性,修正后的计算模型很好地反映了真实转子的实际情况。研究工作对类似高速转子支承刚度的修正有重要的指导意义,可有效提高航空发动机带柔性静子结构高速柔性转子的建模精度。     

高速柔性转子临界转速随支承刚度的变化规律

建立某小型涡扇发动机低压转子的有限元分析模型,用SAMCEF/ROTOR分析软件对不同支承刚度条件下低压转子的临界转速系统地进行计算分析,揭示压转子的前三阶临界转速随各支承刚度的变化规律,为低压转子的临界转速设计和基于支承刚度的临界转速调整提供了参考依据。     

超高转速氦气压缩机转子的模态分析

以100 000 r/min超高转速氦气压缩机转子为研究对象,描述了基于ANSYS对转子进行了模态分析的步骤和结果,得到转子的各阶弯曲临界转速和振型图。采用多点激振单点拾振的测试方法对转子模态进行实验验证对比,模态分析与实验结果相对误差为1.95%,ANSYS模态分析计算基本准确,可以有效地指导转子特征尺度的设计。实验测试表明,最高工作转速相对于临界转速的安全裕度为18%,转子处于相对安全的工作范围,可有效避免弯曲共振的发生。并进一步分析了轴承支承刚度和工作轮端轴伸长度对临界转速的影响。在一定范围内,适当增大轴承的支承刚度,可较大程度提高转子临界转速;适当减小轴伸长度,可略微增加转子临界转速。     

多支承转子系统辛空间传递矩阵法及应用

由变分原理出发,引入对偶变量,将多支承转子系统导入辛体系,推导出转子系统在辛空间中的传递辛矩阵格式,体现了保辛的性质。建立多支承转子系统模型,运用MATLAB对模型进行计算分析,求得固有频率等模态参数,计算结果与有限元方法计算值相吻合。通过与传统方法的计算结果比较证明了该计算方法的有效性。求解得到转子系统各阶临界转速,探讨了支承刚度的改变对转子各阶临界转速的影响,为多支承转子系统的优化设计提供了依据参考。     

水润滑轴承对空压机动态特性的影响分析

某型离心空气压缩机采用水润滑滑动轴承作为支承。通过分析水润滑轴承刚度与安装位置对转子系统临界转速的影响,可以为空压机合理调节水压和轴承安装位置提供理论依据。研究表明,临界转速对某一区间的轴承刚度变化非常敏感,随着刚度的增大,临界转速会有阶跃性的增加;改变轴承的安装位置,增加转子的跨距,可以方便润滑结构设计,但会降低系统的临界转速值。     

轴承供气压力对静压气体轴承-转子系统的临界转速影响的研究

对静压气体轴承的流场模型建立、刚度计算作了分析与探讨。采用计算流体动力学(CFD)软件对气体轴承的流场进行仿真,根据仿真结果,建立基于支持向量机(SVM)的气体轴承性能模型,根据该模型计算气体轴承的刚度。在此基础上建立气体轴承-转子的有限元模型,利用有限元软件ANSYS对转子系统进行了模态分析。在考虑轴承刚度随供气压力和转速的变化下,计算转子系统的临界转速。结果表明该转子系统一、二阶临界转速对供气压力变化较为敏感,三阶临界转速不受此影响。该结果对静压气体轴承-转子系统中通过调整供气压力,避免在工作频率范围发生共振现象的产生有实际意义。     

轴承支撑特性及其对轴系动特性的影响

对滑动轴承型式试验台转子－轴承系统进行建模仿真计算,研究滑动轴承对转子动力学特性的影响。针对同一种轴承形式,研究不同轴承参数下的轴承支撑特性,计算出相应的轴承动特性系数。通过对比分析,给出主要轴承参数对轴承动特性系数变化规律。考虑基础支撑刚度的影响,研究刚度对转子系统临界转速随基础支撑刚度的变化规律。     

某弹用涡轮喷气发动机动力特性分析

应用传递矩阵法计算了某弹用涡轮喷气发动机的临界转速和振动响应,分析了转子支承刚度对临界转速的影响,以及不同支承条件和不同油膜间隙下转子的稳态不平衡响应。研究表明,当转子系统的前支承刚度不高于1×107N/m,挤压油膜阻尼器的油膜间隙不小于7.0×10-5m时,发动机的动力特性能得到有效的改善。     

风力发电机用同极型磁悬浮轴承的支承性能

建立了垂直轴风力发电机转子系统装置,设计制作了同极型径向磁悬浮轴承和具有悬浮与刹车功能的轴向磁悬浮轴承,给出了该装置的主要设计过程和结构参数。测试了磁悬浮轴承控制参数的稳定区域,采用试验模态分析方法获取了系统的模态频率和模态阻尼,并验证了轴向磁悬浮轴承的刹车功能。结果表明,系统的第一阶临界转速远高于最大工作转速,系统在运行时不会出现共振;另外,轴向磁悬浮轴承可以满足刹车制动要求,有利于减小系统的体积和成本。     

船舶增压器静压气体轴承-转子系统动力学特性研究

针对船舶增压器实验台的静压气体轴承-转子系统,提出了一种流场与转子动力学的准动态耦合分析方法;采用CFD软件对静压气体轴承不同偏心率及转速下的静态承载力进行流场计算,依据计算结果拟合出气体轴承气膜支承力随偏心率和转速变化的非线性函数关系。采用有限元法建立了转子系统的动力学模型,对重力、不平衡力、气膜支承力作用下的转子系统动力学响应进行了耦合计算,获得了系统的临界转速和响应特性。在此基础上对船舶涡轮增压器轴承-转子系统进行了实验测试,验证了准动态耦合方法的有效性。研究结果表明,与传统采用线性气膜刚度相比,采用基于CFD计算的非线性气膜支承力能够更好的刻画气体轴承-转子系统的动力学特性。     

某型轴流压气机--联合转子系统临界转速计算与分析

以某型轴流压气机--联合转子系统为研究对象,针对其在实际工作过程中出现二阶临界转速附近振动过大的问题,从转子动力学角度对其进行理论计算和分析,其中计算模型考虑联轴器柔性和刚性联接两种情况,重点讨论了不同模型支承刚度、联轴器弯曲刚度等对临界转速的影响,并提出改进方法.     

某活塞发动机临界转速的计算

在分析轴承支承刚度等因素的基础上，建立了某活塞发动机临界转速的有限元计算模型，利用有限元方法计算了发动机的临界转速等重要参数，为发动机的设计和优化提供了必要的数据，对发动机的起动和运行有一定的指导意义。     

燃料电池车用超高速空压机临界转速分析与提高措施

针对空压机进气增压可提高大功率燃料电池发动机性能和功率密度,但空压机超高速电机转子-轴承系统存在共振失稳乃至断轴的实际工程问题.本文采用有限元法建立空压机高速电机轴承-转子系统动力学模型,基于ANSYS软件对某超高速永磁电机转子进行动力学仿真,分析某燃料电池空压机高速电机转子-轴承系统的临界转速,揭示轴承刚度、轴承位置以及转轴质量等因素对临界转速的影响规律,并提出改善措施.结果显示,增大轴承刚度、适当减小轴承跨距以及减轻转轴的质量可以有效地增加转子轴承系统的临界转速.     

转子型式对高速透平膨胀机临界转速的影响

基于低温透平膨胀机临界转速的计算,对转子系统结构型式对高速透平膨胀机临界转速的影响进行了分析.用有限元QZ(FEQZ)法求解广义复特征值矩阵,对具有各项异性支承并且支承气膜阻尼不能忽略的高速透平转子临界转速特性进行了研究,并利用求得的复特征向量矩阵推导出了转子分段轴心瞬态振动轨迹方程.讨论了稳态情况下适用于同一透平膨胀机转子4种常用结构振动特性的优缺点.结果表明止推盘双置转子结构在该透平膨胀机设计工况具有较大的转速安全范围和较好的稳定性,此结论与工程应用吻合较好.     

不同支撑和转子装配方式的高速电机临界转速分析

用有限元方法研究了滚动轴承支撑的整体式转子和电磁轴承支撑的焊接式转子这两种高速电机轴承-转子系统的临界转速。在分析两种系统的支撑刚度特性及转子结构装配关系的基础上建立了有限元模型,计算出系统的临界转速并对不同支撑和装配方式对轴承-转子系统临界转速的影响进行了讨论,最后通过锤击实验和整机实验全面验证结果的有效性,为高速电机轴系设计和动力学分析提供了参考。*     

Alford力和磁悬浮轴承对转子系统动力学特性的影响

以磁悬浮轴承支承的航空发动机高压模拟转子为对象,研究了在压气机叶尖气流激振力和磁悬浮轴承电磁力共同作用下的转子系统动力学特性。采用Timoshenko梁理论建立了模拟转子的有限元模型,在模型中引入由PID方法控制的差动磁悬浮轴承电磁力以及由Alford力表示的压气机叶尖气流激振力,利用Newmark-β法求解了转子系统的动力学响应。计算结果表明,在非线性Alford力和磁轴承电磁力共同作用下,转子系统表现出了较复杂的动力学特征;磁悬浮轴承的控制参数对转子系统特性有较大影响,不同取值可能导致转子出现单周期、多周期拟周期甚至失稳等不同动力学行为;因此,对由磁悬浮轴承支承并含轴流压气机的转子,需考虑叶尖气流激振力与电磁轴承力的相互影响进而确定轴承控制参数。