电磁推力轴承刚度非线性的研究

分别用电磁力理论公式和整体模型的有限元方法计算分析了电磁推力轴承的位置刚度和电流刚度随推力盘偏移量x的变化规律及影响因素。结果表明,电磁推力轴承的位置刚度和电流刚度存在着强烈的位移非线性现象,转轴漏磁和材料磁饱和影响了非线性关系的变化趋势。用有限元分析可以得出与实际情况更为符合的刚度曲线,从而为设计电磁轴承的控制系统提供更可靠的依据。     

电磁轴承刚度阻尼自动测试

针对电磁轴承刚度阻尼难以测量的问题,设计一套电磁轴承刚度阻尼测试系统,实现电磁轴承刚度、阻尼的自动测量.该系统激振器由自行研制的LabVIEW测试系统产生,电磁轴承传感器作为拾振器,自行研制的测量分析系统作为测量分析工具.给出电磁轴承的刚度和阻尼测量结果.根据本系统获得的电磁轴承支承转子的刚度、阻尼特性,对控制器的优化设计以及转子模型的优化设计有一定的指导意义.由于电磁轴承具有可控刚度和阻尼特性,因此可利用等效刚度和等效阻尼概念选择控制系统参数,简化设计过程.对实验室的样机台架进行具体分析,证实这种方法可行.分析结果还表明,若控制参数选择合理,将获得令人满意的减振效果.     

主动磁力轴承支承刚度特性研究

以单自由度磁力轴承为研究对象,建立非线性支承力模型,通过对磁力轴承非线性支承力特性的分析,揭示出磁力轴承支承刚度与控制器参数之间的非线性关系,对磁力轴承结构设计以及控制器的设计具有指导作用.基于非线性支承力模型和线性支承力模型设计不同的控制器,对磁力轴承转子系统进行刚度试验,结果表明,基于非线性刚度模型设计的控制器具有较好的稳定性和较高的刚度,并满足系统的回转精度要求.     

电磁轴承最优刚度与系统结构参数关系的研究

电磁轴承系统中最重要的两个机电结构参数是定转子间气隙和定子静态偏置磁通密度,影响着支承刚度和承载力的基本特征;轴承的支承刚度大小和承载力的线性范围决定了轴承的基本性能。在Maxwell电磁力公式基础上,研究了这两个机电结构参数与轴承的基本性能的关系,得到了电磁力与位移之间线性与非线性关系的解析界限,并推导了在线性控制系统作用下,相对不同电磁轴承系统结构参数的最优线性范围和对应的最优刚度。     

电磁轴承结构参数设计研究

以实际工程应用为背景,针对电磁轴承的结构参数设计,分析了忽略铁磁材料磁阻对磁路计算带来的误差。通过对控制器参数的研究,表明磁轴承最终的控制刚度不仅与控制器有关,而且受结构参数的制约。从提高控制线圈电流和磁力的响应速度出发,给出了工作气隙、磁极面积与控制线圈的设计原则。这些结构参数与控制性能相关性的研究对于提高电磁轴承的总体性能有积极的作用。     

电磁轴承刚度与阻尼特性的非线性研究

刚度与阻尼特性是电磁轴承重要的性能指标。对电磁轴承刚度与阻尼特性进行了非线性研究,建立了储能飞轮转子系统径向电磁轴承的非线性模型,推导了非线性情况下电磁轴承刚度与阻尼的计算公式,分析了电磁轴承刚度与阻尼的非线性特性,以及控制因数对刚度与阻尼的影响。研究结果表明,增大比例因数,可以使电磁轴承的刚度减小,达到正刚度时的转子位移范围同时减小。通过研究同时确认,电磁轴承阻尼受控制因数的影响较小。     

电磁轴承动刚度的自动测量

针对电磁轴承动刚度难以测量的问题,构建了一套简单的刚度测量系统用来自动测量电磁轴承的动刚度。该系统采用电磁轴承的数字控制器、功放、电磁铁作为激振器,电磁轴承的电涡流传感器作为拾振器,自行研制的测量分析系统作为测量分析工具。给出电磁轴承动刚度的测量结果。测量结果表明,该系统能较准确测量电磁轴承的动刚度。此测量系统还可以用于其他轴承刚度的测量,也可用于系统辨识。     

永磁轴承的刚度研究

永磁轴承具有结构简单、无磨损等优点,可以与机械轴承或电磁轴承结合构成各种磁轴承系统.利用永磁体等效电流模型,以涡轮分子泵永磁轴承为对象建立刚度矩阵,由尺寸参数对各刚度的影响分析可知:磁环横截面为正方形时,径向刚度和耦合刚度最大;倾斜剐度的正负在正方形横截面处发生变化.     

磁力轴承转子系统非线性支承特性的研究

通过对磁力轴承非线性支承力特性的分析,可以看出控制器参数与支承特性之间有非常强的非线性耦合关系。虽然其支承的刚度和阻尼都能够通过改变控制器参数进行调整,但控制器参数的选择受非线性因素的影响较大。当比例增益越大,则在转子平衡点处的线性刚度就越大,能提供的最大支承力也越大,但支承实现正刚度的转子位移区间越小,系统稳定的转子位移区间就越小。通过对主动磁力轴承转子系统非线性支承特性的研究,揭示了控制器结构参数、机械结构参数与支承特性之间的耦合关系。     

多列组合角接触球轴承刚度和位移量

以滚动轴承动力学分析和滚道控制理论为基础,提出了应用Powell优化算法和Newton-Raphson算法相结合的方式计算非线性方程组,给出了预紧力和转速的多列组合角接触球轴承组合刚度相应程序。对7016A5轴承DBD组合的研究结果表明:预紧力和转速与单个轴承和轴承的组合刚度及位移量呈现非线性关系。轴承的组合轴向刚度小于单个轴承的轴向刚度,其径向刚度大于单个轴承的径向刚度。为实现预定的轴承动态性能,单双侧轴承内圈的间隙量须大于两侧轴承位移量之和。     

电磁辅助支承的变刚度减振研究

对一种新型支承结构——电磁辅助支承的变刚度减振进行研究。电磁辅助支承的结构类似挤压油膜阻尼器,它直接将电磁执行器安装在主支承上,通过控制电磁执行器的电流可以改变整个支承的刚度和阻尼。该支承被应用于一单圆盘对称转子实验系统。通过对转子系统建模,仿真不同支承刚度下转子的振动响应,从而可采用变刚度来保证高速转子以较低的振幅平稳度过临界转速。实验结果证明在一阶临界转速附近,可取得70％的较好减振效果。     

轿车轮毂轴承单元力矩刚性的测试与分析

介绍了轮毂轴承单元的力矩刚性定义、组成及测试分析方法,基于实例,给出了不同测试条件下的测试结果。分析结果显示:轮毂凸缘的力矩刚性与力矩载荷之间近似为线性关系,FEM分析结果与实测结果吻合很好;由两列轴承位移不同引起的轮毂轴承本身的力矩刚性是轮毂轴承单元整体力矩刚性的主要组成部分,不同结构形式的轮毂轴承单元的各部分在整体力矩刚性的比重差异较大。     

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。     

静压圆柱导轨系统静态刚度理论模型研究

静态刚度是静压圆柱导轨系统的重要性能指标,然而到目前为止尚未见到该类导轨静态刚度的理论模型。研究建立静压圆柱导轨五自由度静态刚度模型,考虑到静压圆柱导轨系统是由导柱与静压直线轴承的串联系统,首先,给出了工作台位移与导柱变形、静压直线轴承位移之间的几何关系,并根据静压圆柱导轨五自由度静态刚度的定义,推导了各刚度系数的数学表达式;其次,基于梁弯曲变形理论,采用线性叠加原理推导导柱在轴承油膜力作用下的变形方程;再次,基于静压理论,运用高斯积分推导了考虑导柱挠曲影响的轴承油膜承载能力模型,提出了轴瓦相对导柱的位移计算方法;最后,搭建了静压圆柱导轨刚度测试装置,完成了五自由度静态刚度的测试,验证了理论模型。结果表明：建立的静压圆柱导轨五自由度静态刚度模型精度高,可为静压圆柱导轨静态特性计算奠定理论基础。     

有源静电轴承的动刚度特性研究

针对补偿负刚度后的静电轴承一转子系统模型,讨论了PID控制参数与动刚度特性的关系,为根据刚度指标确定控制参数提供了理论依据。对三自由度静电球轴承的动刚度分析与实验结果表明,系统在低频与高频段具有较高的支承刚度,而中频刚度较低,刚度幅频特性曲线呈“浴盆”状。在系统通频带内,动态刚度主要由控制器参数决定,而高频刚度主要取决于转子的惯性项。在系统稳定区域,改变控制器参数可以灵活设定系统的动刚度特性。     

驾驶员座椅悬架系统刚度调节特性研究

建立了一种含两水平布置线性弹簧的驾驶员座椅悬架系统垂向力与垂向位移特性关系的理论模型。基于此模型,分析了在悬架运动行程内,弹簧刚度对悬架垂向力-位移特性、垂向等效刚度以及振动固有频率的影响,探讨了通过对弹簧刚度的调节来实现悬架垂向等效刚度调节的可行性。研究结果表明,座椅悬架的垂向力-位移特性具有明显的非线性特性;在座椅悬架整个行程内,垂向等效刚度与振动固有频率随弹簧刚度的增大而增大,且其在悬架伸张行程内的值远大于其在压缩行程内的值;两弹簧刚度对悬架垂向等效刚度的影响程度具有很大的差别。因此,通过调节对垂向等效刚度影响较显著的弹簧刚度实现悬架垂向等效刚度改变的方法是可行的。     

Modeling and Analysis of Novel Integrated Radial Hybrid Magnetic Bearing for Magnetic Bearing Reaction Wheel

Conventional ball bearing reaction wheel used to control the attitude of spacecraft can't absorb the centrifugal force caused by imbalance of the wheel rotor,and there will be a torque spike at zero speed,which seriously influences the accuracy and stability of spacecraft attitude control.Compared with traditional ball-bearing wheel,noncontact and no lubrication are the remarkable features of the magnetic bearing reaction wheel,and which can solve the high precision problems of wheel.In general,two radial magnetic bearings are needed in magnetic bearing wheel,and the design results in a relatively large axial dimension and smaller momentum-to-mass ratios.In this paper,a new type of magnetic bearing reaction wheel(MBRW) is introduced for satellite attitude control,and a novel integrated radial hybrid magnetic bearing(RHMB) with permanent magnet bias is designed to reduce the mass and minimize the size of the MBRW,etc.The equivalent magnetic circuit model for the RHMB is presented and a solution is found.The stiffness model is also presented,including current stiffness,position negative stiffness,as well as tilting current stiffness,tilting angular position negative stiffness,force and moment equilibrium equations.The design parameters of the RHMB are given according to the requirement of the MBRW with angular momentum of 30 N ? m ? s when the rotation speed of rotor reaches to 5 kr/min.The nonlinearity of the RHMB is shown by using the characteristic curves of force-control current-position,current stiffness,position stiffness,moment-control current-angular displacement,tilting current stiffness and tilting angular position stiffness considering all the rotor position within the clearance space and the control current.The proposed research ensures the performance of the radial magnetic bearing with permanent magnet bias,and provides theory basis for design of the magnetic bearing wheel.     

磁悬浮飞轮用新型永磁偏置径向磁轴承的设计

分析了一种磁悬浮飞轮用新型永磁偏置径向磁轴承的工作原理,利用等效磁路法对该永磁偏置径向混合磁轴承进行了分析,提出了基于位移刚度以及电流刚度的永磁偏置径向混合磁轴承的设计方法,给出了具体的设计步骤和设计实例.理论分析表明,所提出的方法与现有的设计方法相比考虑了磁轴承电磁参数与控制器参数的关系,设计结果与试验结果基本吻合.设计与试验结果表明:提出的设计方法切实可行,具有一定的应用价值.