磁力軸承是基于反饋控制原理利用電磁力將被支承件穩(wěn)定懸浮在空間的一種高性能軸承。它具有無摩擦、無磨損、高精度、剛度阻尼可控可調(diào)等許多傳統(tǒng)軸承無法比擬的優(yōu)點,適用于各種高速或超高速、真空等特殊環(huán)境場合。國外已將磁力軸承成功應(yīng)用于軍事工業(yè)、真空超凈環(huán)境、高速機(jī)床、石油和天然氣工業(yè)等領(lǐng)域,國內(nèi)磁力軸承的研究整體上還處于實驗研究階段。 究其原因在于磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)高速運轉(zhuǎn)時其動態(tài)特性成為制約這一技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵問題,而分析研究磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)特性的困難在于磁力軸承支承剛度阻尼的確定。磁力軸承的剛度是反映磁力軸承性能特性的重要參數(shù),對其進(jìn)行理論研究和實驗測量是磁力軸承研究的基礎(chǔ)工作。因為磁力軸承的剛度不僅與磁力軸承的結(jié)構(gòu)有關(guān),而且還與控制系統(tǒng)有關(guān),現(xiàn)階段還沒有一套完整的磁力軸承剛度計算理論,即使是理論計算的剛度值也還需要通過實驗驗證,因此磁力軸承剛度的實驗測量就顯得格外重要。本文重點研究磁力軸承剛度的實驗測量方法,主要做了以下幾方面工作。 結(jié)合有關(guān)磁力軸承剛度的國內(nèi)外大量文獻(xiàn),發(fā)現(xiàn)對磁力軸承的剛度定義沒有統(tǒng)一的表述,大致有兩種定義方式。其一是從電磁力變化角度描述其剛度；其二是沿襲了傳統(tǒng)軸承的剛度定義,從外載力角度描述其剛度。 分析了非線性、控制系統(tǒng)、控制參數(shù)、外界干擾等因素對磁力軸承系統(tǒng)剛度的影響。 以單自由度磁力軸承系統(tǒng)為分析對象,結(jié)合兩種不同的剛度定義,分別推導(dǎo)出電磁力與位移之間的傳遞函數(shù)以及外界干擾力與位移之間的傳遞函數(shù),并結(jié)合對轉(zhuǎn)子的受力分析證明了兩種剛度定義之間的不一致性。由于研究磁力軸承的剛度主要是為了研究磁力軸承的動態(tài)特性,它更多關(guān)注的是在外力作用下的位移,因此本文傾向于采用第二種剛度定義。 結(jié)合磁力軸承系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子在靜態(tài)懸浮、剛性旋轉(zhuǎn)和柔性旋轉(zhuǎn)三種不同的工作狀態(tài),針對這三種狀態(tài)分別對實驗測得的電磁力以及位移傳感器測得的位移信號進(jìn)行了分析,推導(dǎo)出基于兩種剛度定義下的轉(zhuǎn)子在不同工作狀態(tài)時的剛度計算公式。 以兩自由度磁力軸承系統(tǒng)為研究對象,給出基于磁力軸承兩種剛度定義下,轉(zhuǎn)子在穩(wěn)態(tài)懸浮、剛性旋轉(zhuǎn)和柔性旋轉(zhuǎn)三種不同狀態(tài)時的剛度實驗測量方法,并給出其剛度實驗測量系統(tǒng),該測量系統(tǒng)能同時滿足兩種剛度定義下轉(zhuǎn)子處于不同工作狀態(tài)時的實驗要求。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：TH133.3
【部分圖文】：

電磁力為盡=k一動，(凡+夕)2COS儀當(dāng)磁力軸承采用差動控制時，轉(zhuǎn)子在y方向上受到的電磁力為力與下磁鐵產(chǎn)生的電磁力之差:，f(i0+，，)，(i0一，，)，」戶=戶上一戶下=引丁，一一二了一丁尸氣甲又萬}cos“[氣y0一y)Lyo十少)」，i0為偏置電流、稱為y方向的控制電流、y0為磁力軸承轉(zhuǎn)子間隙、y為磁力軸承轉(zhuǎn)子偏離平衡位置的位移。直觀地觀察控制電流與轉(zhuǎn)子偏離平衡位置的位移對非線性化磁極面積凡=357mm，，線圈匝數(shù)N=250匝，氣隙x0=0.3mlA，用matlab進(jìn)行分析，如圖2一4所示。

lllll……洲 洲 {{{纂纂 纂馨蘸黔鬢鬢翼黝粼瓢黔薰薰薰 薰圖2一7磁力軸承電磁力線性化誤差從圖2一7可以看出，磁力軸承轉(zhuǎn)子在平衡位置附近工作時，電磁力線性化前后得到的結(jié)果差別很小，幾乎為零，即在其平衡位置附近，通過線性化公式計算得到的電磁力與磁力軸承產(chǎn)生的實際電磁力是一致的。但當(dāng)轉(zhuǎn)子越過這一范圍工作時，隨著轉(zhuǎn)子位移的增大，線性化前后計算得到的電磁力差值迅速增大，即通過線性化公式計算得到的電磁力與磁力軸承產(chǎn)生的實際電磁力差別較大，線性化方程不再適用。另外，偏置電流的大小對電磁力線性化誤差也有影響，隨著偏置電流的增大，當(dāng)轉(zhuǎn)子超過某一工作范圍時，線性化前后的差值也迅速增大。這說明，轉(zhuǎn)子的工作范圍及偏置電流都對磁力軸承線性化誤差有影響，隨著轉(zhuǎn)子位移數(shù)值的增大和偏置電流的增加

積分常數(shù)對磁力軸承支承系統(tǒng)時域相應(yīng)的影響
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本文編號：2853072