永磁电动机转子非线性动力特性

以转子动力学和非线性动力学为基础，建立永磁电动机转子系统的非线性模型，用数值方法得到系统在特殊参数域中的分叉图、相图、轴心轨迹、Poincarě截面图、功率谱以及幅值谱。分析表明，磁拉力刚度是影响永磁电动机转子系统动力学特性的重要因素之一，由于轴承非线性引起的永磁电动机转子响应随着磁拉力刚度的增加而增加，为此在设计永磁电动机的过程中应尽量减小磁拉力。偏心、电机转速的变化均会使电机转子产生混沌运动而导致转子失稳，电机转速的微小变化可能使转子响应产生辐值跳跃现象，使电动机振动突然变剧而遭破坏。     

永磁同步型磨削电主轴偏心振动分析及实验*

电主轴是将旋转主轴与电机转子集成为一体的主轴单元,结构复杂,由于加工或装配误差等原因,电主轴转子会存在着一定的偏心量,为探求由于电主轴偏心所导致的转子振动特性,建立了电主轴转子偏心模型,采用Maxwell应力张量法计算了偏心造成的不平衡磁拉力(UMP),将UMP解析式代入Jeffcott转子模型,得到了转子偏心振动方程。以某磨床的永磁同步电主轴为研究对象,利用有限元方法分析了UMP,发现作用于转子的UMP始终指向气隙最小的方向,研究了不同转速下转子在质量偏心离心力和UMP作用下的振动响应。研究结果表明,电主轴在低速运行时,UMP为转子振动的主要来源;随着转速的增加,质量偏心离心力对转子振动的影响更加明显,而UMP大小保持不变,其频率随转速增加而增大,对转子振动的作用随之减弱。对某机床厂所研发永磁同步型磨削电主轴在试运行时产生的振动问题进行了实验,对主轴振动频谱分析后判断实验电主轴存在静态偏心,测得主轴轴心轨迹对前述分析进行了验证。     

突变扭矩激励下转子系统横振响应

针对细长轴的转子系统的特点,建立了突变扭矩激励下的转子系统动力学模型,对该模型进行了求解和仿真;分析了仿真得到的轴心位移的时域和频域波形.结果表明,在突变扭矩激励下转子系统的轴心位置发生偏移.偏移量随着扭矩增大而增大,轴心轨迹也受到影响.在受激励的初始阶段,轴心轨迹很不稳定.随着扭矩趋于稳定,轴心轨迹逐步趋于稳定.最后...     

有初弯非对称刚度转子系统等变速过程动力学特性研究

以具有初始弯曲的非对称刚度单盘转子系统为研究对象,建立等变速情况下圆盘中心无量纲运动微分方程,运用数值分析方法对振幅及轴心轨迹进行仿真模拟,针对系统振幅、轴心轨迹对刚度比、重力参数、初弯值、初弯与质量偏心间夹角的响应规律进行了讨论研究。结果表明刚度非对称的情况下,重力参数是系统出现副临界现象的主要原因,对系统的轴心轨迹及静挠度有重大的影响;系统共振峰值会随着初弯值的增加而增大,随着初弯与质量偏心间夹角的增大而减小,这可以为系统故障诊断提供理论依据。     

挤压油膜阻尼器非线性特性实验研究

针对挤压油膜阻尼器转子系统的动力学特点,实验研究了大不平衡量条件下转子的非线性振动特性;同时研究了转子变速过程角加速度、滑油温度以及阻尼器静偏心对转子非线性振动的影响。结果表明:大不平衡量条件下转子系统可能出现非线性振动跳跃;增大转子变速过程角加速度,降低油温,可抑制非线性振动跳跃;提高阻尼器内外环同心度,减小阻尼器静偏心,可提高阻尼器减振性能,同时抑制非线性振动跳跃;阻尼器设计时必须考虑重力影响,为转子设计预置偏心。     

基于多尺度法的电机转子在不平衡磁拉力作用下的自由振动特性分析

即使动平衡精度很高的电机转子,其质量偏心可忽略,但由于车用永磁同步电机工况复杂,换段过程、路面不平度、发动机激励等都可对转子系统形成径向扰动,转子将产生自由涡动,引起动态偏心,进而不平衡磁拉力对电机转子系统的自由涡动产生影响。根据转子系统的刚度特性讨论了动力学方程中非线性项系数以确定多尺度法的应用条件,利用该方法得到了不平衡磁拉力作用下转子系统自由振动的解析解并研究其振动特性。由于不平衡磁拉力的非线性使得转子正反自由涡动的复振幅是时变的,其大小保持常数不变而其相位随时间线性变化,其变化率取决于正反涡动的振幅,这将导致正反涡动的频率降低。若正反涡动振幅大小相等且非零则正反涡动频率相等,转子中心运动轨迹为直线;若正反涡动振幅有一个为零,则转子中心轨迹为圆;更一般的情况是正反涡动振幅大小不等且均不为零,两种涡动产生耦合其频率也不再相等,转子自由涡动的轨迹是一个旋转的近似椭圆其位移分量产生调幅现象。当转子涡动振幅不大时,利用多尺度法获得的解析解与数值计算结果吻合较好具有较高的精度。     

实心式永磁电机轴承载荷分析

研究实心式永磁电机轴承载荷的影响因素,提出载荷计算方法。以TYCKK3554-4(6kV 250 kW)电机为例进行分析计算。影响轴承载荷的主要因素有:单边磁拉力、转子偏心量旋转惯性离心力、转子自重及负载不平衡力的影响。研究为电机轴承选取提供依据,对提高电机可靠性和运行寿命有很大意义。     

感应电机等效磁路模型及转子偏心分析

鼠笼感应电机在现代机械设备中得到了广泛应用。在电机的设计初期,假设气隙均匀。然而,由于制造误差和装配误差的影响,电机转子的运动中心与定子中心相偏移,引起的不平衡磁拉力使两者中心更加远离。基于此,结合电机等效磁路(Magnetic Circuit,MEC)模型和Jeffcott转子模型,建立了电机转子偏心机电耦合模型。通过数值求解的方法获得机电耦合系统的动态特性,包括电机电气特性和电机转子的非线性运动,为进一步设计电机和检测电机转子偏心故障奠定了基础。     

转子三维偏心下气体箔片轴承的静、动态承载特性分析

为分析转子三维偏心下气体箔片轴承的静、动态承载特性,通过引入2个偏心角来描述转子三维偏心状态,并建立了三维偏心下气体箔片轴承的静、动态承载特性及轴承-转子系统动力学计算模型。以某气体箔片轴承为例,分析了其静、动态承载特性及转子动力学特性,结果表明：转子的三维偏心会导致气膜力分布在轴向上偏移;随转速增大,气膜的各向等效刚度、等效阻尼均不接近于0;随偏心角增大,气膜的各向等效刚度、等效阻尼近似呈指数增大;转子的运转从初始的三维偏心过渡至稳定时的二维偏心,最终在平衡位置处以低频、小振幅的振动形式稳定运转。     

气浮式转子静平衡测量技术研究

为了提高立式转子的静平衡精度 ,研制了气悬浮测量装置 ,其核心部分是一个将转子稳定悬浮的气体静压球面轴承。通过测量转子的微小偏移来计算其静不平衡量。理论研究表明 :转子的静不平衡量与转子的偏移成正比 ;位移比例系数越大 ,测量精度越高。所研制的测量装置剩余不平衡度可小于 0 .8g·mm/kg ,不平衡量减少率大于 90 %。     

碰摩转子系统的分叉与混沌行为分析

建立了两端刚性支撑的Jeffcott转子局部碰摩的动力学模型,将打靶法的思想与四阶龙格库塔法结合,对转子系统由于局部碰摩故障导致的非线性动力学行为进行了研究,数值模拟得出转子系统碰摩的分又,轴心轨迹,位移响应,幅值频谱和Poincaré截面图,分析了转子系统参数:频率比和偏心量对转子系统运动的影响,从中发现此类非线性振动系统具有周期、拟周期和混沌等复杂的动力学行为,研究结果对转子系统的故障识别与诊断具有一定的意义.     

制冷压缩机电机转子不平衡电磁力计算与改善

在旋转式压缩机的装配过程中,电机一般采用悬臂梁式安装方式,会造成转子偏心,电机磁路不对称,产生不平衡磁拉力,进而导致电机转子与定子相互碰撞。以某型号压缩机为例,根据麦克斯韦应力张量法与交流电磁铁理论,建立了电机径向不平衡电磁力计算模型,采用有限元Ansoft Maxwell软件进行仿真。并将径向不平衡电磁力的计算结果输入到有限元软件,根据模拟结果,提出将定子向下移动5 mm的改善方案。经过后期试验验证,改善后的电机不仅不平衡磁拉力有所减小,而且压缩机主要工作性能不会降低。     

基于极坐标圆的裂纹转子的振动分析

基于简单铰链裂纹模型,建立含初始弯曲裂纹转子的动力学模型,将裂纹、质量偏心、初始弯曲转化为外部激励,经量纲一化转换可应用于稳态、瞬态、非线性等不同运动状态下、不同系统参数情形下的裂纹转子的振动特性分析中.利用欧拉方程进行解析求解,对比分析无初始弯曲裂纹转子与含初始弯曲裂纹转子频率成分的差异,研究含初始弯曲裂纹转子的亚临界共振特性.定义一种适用于裂纹转子动力学分析的极坐标圆,可全面反映出振动响应幅值的变化关系;数值仿真计算得到不同参数下的极坐标圆,讨论刚度变化、质量偏心与质量偏心角、初始弯曲与初始弯曲角的影响,可为系统优化或抑制振动提供依据;相应的轴心轨迹与频谱分析验证极坐标圆的有效性和可行性.     

液体动静压球轴承轴心运动轨迹研究

为研究外载荷对轴承转子系统稳定性的影响,以小孔节流的液体动静压球轴承转子系统为研究对象,建立液体动静压球轴承转子系统动力学模型。通过求解轴承润滑数学模型获得非线性油膜力,分析转子所受到的外载荷,采用欧拉算法预测出轴心下一个时刻位移、速度和加速度,并分析转子系统质量、不平衡载荷和阶跃载荷对转子回转精度的影响。结果表明：随着转子系统质量的增加,所需平衡的油膜力增加,轴心振动幅度增加,从而导致转子回转精度降低;相对于不考虑不平衡载荷,考虑不平衡载荷后其振动形态为椭圆且振动幅值增大,减小不平衡值将减小振幅并提高旋转精度;随着阶跃载荷的增加,达到平衡所需的时间也增加。     

滚动转子式压缩机转子动力学分析

文中研究了压缩机转子临界转速和不平衡响应的分析计算。电机在旋转过程中产生的径向不平衡磁拉力,作用在转子上,会对其临界转速产生影响。利用有限元法提取了电机气隙径向磁密,合成不平衡磁拉力,并计算在不平衡磁拉力影响下的压缩机转子临界转速;计算转子对于某些位置上的不平衡量的敏感程度;求解轴承-转子系统频率方程并求得复频率,画出了复特征值对应的对数衰减率曲线,分析了轴系的稳定性。     

双铁芯结构电机转子的极限转速优化分析

共轴双铁芯电机在同一根电机转轴上安装了两套铁芯,电机可在不改变控制系统和线路容量的情况下实现双路输入,双铁芯电机可显著提升电机整体的输出功率。对于于共轴双铁芯结构的永磁同步电机,由于转子结构的特殊性在进行转子极限转速计算时与传统单铁芯电机有所不同。为探索经济可靠的双铁芯电机转子结构方案,对比了三种相同尺寸不同结构的铁芯布置方案,分别用ANSYS分析计算了不同结构的转子的极限转速,发现使用转毂结构对提升转子极限转速有着显著的作用。将有限元仿真结果与解析法计算结果进行对比,两种计算方法结果偏差在3%左右,证明了计算结果的准确性。单边磁拉力是转子不平衡响应的主要外力贡献者,对于短跨距转子来说单边磁拉力按集中载荷校核误差不大,对于长跨距的转子来说用集中载荷计算会使得计算结果于真实值相差较大,以共轴双铁芯电机转子为例,对比了转子不平衡响应时单边磁拉力做集中载荷和均布载荷的仿真计算结果,发现更符合实际的均布载荷比集中载荷计算出的极限转速高20%。     

转子静偏心状态下机床电主轴电磁力有限元分析

电磁振动是电磁直驱型机床电主轴不可回避的振动来源,为了抑制电磁振动需要探讨其电磁力的频谱特征。推导了三相异步电主轴的电磁力波计算公式,重点分析了转子偏心状态下的电磁力波特点。基于Ansoft电磁场计算软件,建立了某国产电主轴的电磁场有限元分析模型,获得了电主轴的运行特性曲线。研究了转子在不偏心和偏心状态下的电磁力频谱变化规律,结果表明,静偏心会使电磁力力波成分更为丰富; 偏心的增加不会影响电磁力的阶次和频率分布,但与不平衡磁拉力的幅值和低阶力波幅值成正相关关系,将加剧电主轴的振动。     

磁悬浮铣削电主轴转子-刀具变质量不平衡系统动态特性研究

针对磁悬浮铣削电主轴在切削过程中因切屑进入刀具容屑槽中而导致“刀具-主轴”系统质量变化,进而引起系统回转精度不稳定的问题,以变质量质点理论为依据建立“切屑-刀具-主轴”系统的变质量动力学模型。分析系统的不平衡质量变化时所引起的系统振动,进而导致磁悬浮轴承定/转子间气隙磁场不均所产生不平衡磁拉力,并利用等效磁路法建立不平衡磁拉力模型。利用Riccati传递矩阵法求解磁悬浮铣削电主轴转子-刀具系统的稳态动力学模型,得到系统的模态参数和初始偏心质量影响下的不平衡响应。考虑铣削力、变质量力、切屑质量不平衡离心力和不平衡磁拉力等因素,采用Newmark-β算法求解磁悬浮铣削电主轴转子-刀具变质量系统的瞬态动力学模型。对系统从起动到切削过程的动态响应进行仿真分析,结果表明,质量不平衡是影响磁悬浮铣削电主轴转子-刀具系统稳态响应的主要因素;在切削过程中,变质量力是影响系统瞬态响应的主要因素;不平衡磁拉力对系统响应的影响与系统的稳定性成负相关与系统的振幅成正相关。     

具有初始弯曲的多轮盘转子系统振动特性的研究

针对具有初始弯曲故障的转子系统振动影响,建立了具有初始弯曲的多轮盘转子系统第一跨转子模型及动力学方程,仿真分析了不同初始弯曲量、偏心距及阻尼比对转子系统振动的影响,对具有初始弯曲的多轮盘转子系统振动特性进行研究。结果表明:转子系统振动响应随着初始弯曲量的增大而增大;随着偏心距、阻尼比的增大而减小。搭建了具有初始弯曲的三跨双盘转子系统试验台,获得了具有初始弯曲故障的转子位移信号,通过仿真与试验对比分析,验证了方程的有效性及仿真结果的正确性。     

磁拉力作用下不同结构电主轴的动力学特性研究

为了研究磁拉力对不同结构电主轴动力学特性的影响,依据电主轴磁拉力的力学方程,建立了电主轴的有限元分析模型,进行磁场和力学场双向耦合计算,对电机位于不同主轴位置时的电主轴动力学特性进行研究,得到了其动态特性变化曲线。同时,进行电主轴的试验测试,以验证有限元模型及分析方法的合理性与正确性。结果表明,电主轴的电机位置会影响电主轴运动的稳定性,电机放置在主轴的轴承中间时会比电机放置在主轴一端时运行得更加稳定;在试验测试误差和模型简化误差的条件下,理论计算所得的轴心轨迹总位移比实际测量偏小,初步验证了有限元模型及算法的合理性和正确性。