自消除間隙保護(hù)軸承(Auto-eliminating Clearance Auxiliary Bearing,ACAB)是一種能夠在磁懸浮軸承失效后,自動(dòng)消除轉(zhuǎn)子與保護(hù)軸承之間間隙的裝置,具有可靠性高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。保護(hù)軸承需臨時(shí)支承高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子,其支承特性直接影響著“保護(hù)軸承-轉(zhuǎn)子”系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性。論文針對(duì)ACAB的結(jié)構(gòu)不確定因素多、傳統(tǒng)軸承辨識(shí)方法僅適合低轉(zhuǎn)速剛性轉(zhuǎn)子等關(guān)鍵問(wèn)題,開(kāi)展了以下幾個(gè)方面的研究:首先,針對(duì)磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子支承參數(shù)理論辨識(shí)方法易受控制系統(tǒng)頻率特性的影響、辨識(shí)精度等問(wèn)題,對(duì)基于剛性轉(zhuǎn)子模型的支承參數(shù)辨識(shí)方法進(jìn)行了研究,推導(dǎo)出了ACAB的支承剛度和阻尼矩陣,并通過(guò)仿真分析得出了該參數(shù)辨識(shí)方法只適用于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于一階臨界轉(zhuǎn)速工況的結(jié)論。其次,針對(duì)基于剛性轉(zhuǎn)子模型的支承參數(shù)辨識(shí)方法的局限性,對(duì)基于有限元法的支承參數(shù)辨識(shí)方法進(jìn)行了研究,實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速以上時(shí)ACAB支承參數(shù)的辨識(shí)。在此基礎(chǔ)上,對(duì)基于有有限元法的ACAB支承參數(shù)辨識(shí)方法進(jìn)行了改進(jìn),解決了轉(zhuǎn)子在存在自身殘余不平衡質(zhì)量時(shí)對(duì)辨識(shí)結(jié)果造成影響的問(wèn)題。然后,對(duì)ACAB的動(dòng)態(tài)支承特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在將轉(zhuǎn)子自身殘余不平衡質(zhì)量考慮在內(nèi)的情況下,使用基于有限元法的支承參數(shù)辨識(shí)方法實(shí)現(xiàn)了ACAB的支承參數(shù)的實(shí)驗(yàn)辨識(shí),并通過(guò)對(duì)比不平衡響應(yīng)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)辨識(shí)結(jié)果是準(zhǔn)確的。最后,根據(jù)ACAB存在非線性接觸的特性,提出了一種通過(guò)優(yōu)化接觸剛度因子對(duì)ACAB的靜剛度進(jìn)行辨識(shí)的方法。分析了ACAB支承靜剛度與接觸剛度因子的關(guān)系,并通過(guò)ACAB靜剛度實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該方法的可行性。結(jié)果表明,ACAB的實(shí)驗(yàn)靜剛度值與最優(yōu)接觸剛度因子下的仿真靜剛度值的誤差為3.74%。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH133.3
【部分圖文】：

自消除間隙保護(hù)軸承支承特性研究元的剛度矩陣；Qs為梁?jiǎn)卧艿降耐獠苛�。磁懸浮軸承系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)子可簡(jiǎn)化為 N 段梁，此時(shí)根據(jù)有限元理論，可將轉(zhuǎn)子的總體質(zhì)量矩陣 M、總體剛度矩陣 K 和總體陀螺為：1 1 1, ,N N Ns s ss s s M M K K G G （.2 基于有限元法的參數(shù)辨識(shí)方法理論研究

圖 4.2 ACAB 與轉(zhuǎn)子安裝的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖子試驗(yàn)臺(tái)中轉(zhuǎn)子的主要參數(shù)與表 2.3 一致。在磁懸浮軸承轉(zhuǎn)要使用示波器、變頻器、數(shù)據(jù)采集卡、信號(hào)發(fā)生器等儀器設(shè)置和磁懸浮軸承系統(tǒng)中的電流信號(hào)；變頻器用來(lái)驅(qū)動(dòng)磁懸浮數(shù)據(jù)采集卡負(fù)責(zé)采集轉(zhuǎn)子的實(shí)時(shí)位移信號(hào)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)上信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)。五自由度磁懸浮軸承試驗(yàn)臺(tái)搭建完畢之后，需要對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行懸浮軸承系統(tǒng)中五路的偏置電流，將徑向磁懸浮軸承偏置電偏置電流設(shè)置為 0.8A。偏置電流調(diào)節(jié)完成后，對(duì)磁懸浮軸承標(biāo)定是將轉(zhuǎn)子的位移數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電壓數(shù)據(jù)，將轉(zhuǎn)子的兩個(gè)極懸浮在中間位置時(shí)的電壓為 2.5V。接著，在控制系統(tǒng)中使用子進(jìn)行控制，本文采用經(jīng)典 PID 控制方法，通過(guò)參數(shù)的調(diào)節(jié)置。實(shí)驗(yàn)中由于控制方法的限制，本章中轉(zhuǎn)子的最高轉(zhuǎn)速設(shè)定 30000r/min 的轉(zhuǎn)速下高速穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)，需要使用信號(hào)發(fā)生器入正弦信號(hào)，模擬轉(zhuǎn)子在各轉(zhuǎn)速下運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下。通過(guò)觀察模

螺紋孔圖 4.4 磁懸浮軸承系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量安裝位置表 4. 1 不平衡質(zhì)量參數(shù)質(zhì)量（kg） 旋轉(zhuǎn)半徑（mm） 相角（o） 實(shí)物質(zhì)量塊 8.25×10-415 0在高速跌落到 ACAB 上后，可以獲得轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不平衡響應(yīng)。磁懸浮軸承的實(shí)驗(yàn)圖如圖 4.5 所示。

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