【摘要】：磁懸浮轉(zhuǎn)子是近幾年提出的一種新型、高科技前沿產(chǎn)品。它具有無摩擦、無磨損、無需潤(rùn)滑、無污染、能耗小以及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),適用于各種高速或超高速、真空等特殊環(huán)境場(chǎng)合。在軍事、空間站、核工業(yè)、能源、化工、交通等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景和重要的科學(xué)意義。國外已經(jīng)有相應(yīng)的產(chǎn)品,但國內(nèi)還沒有相關(guān)產(chǎn)品的報(bào)道。 究其原因,磁懸浮轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)特性是磁懸浮支承與轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)綜合作用的結(jié)果,其好壞不僅決定懸浮能否實(shí)現(xiàn),而且還直接影響其動(dòng)態(tài)性能和轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)精度。因此開展對(duì)磁懸浮支承技術(shù)的研究,為磁懸浮轉(zhuǎn)子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)提供技術(shù)儲(chǔ)備和可能性,具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本文對(duì)磁懸浮支承的轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性的理論與實(shí)驗(yàn)研究。其主要研究工作如下: 首先,提出了磁懸浮轉(zhuǎn)子支承磁剛度、磁阻尼的概念,推導(dǎo)出其計(jì)算公式;采用頻域等效法系統(tǒng)地分析了頻率、轉(zhuǎn)子質(zhì)量、傳感器、濾波、功率放大器等環(huán)節(jié)對(duì)磁剛度、磁阻尼的影響;并提出了一種對(duì)磁力軸承電控環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型的辨別方法,通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性。 其次,根據(jù)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)理論,提出了基于磁力軸承支承的轉(zhuǎn)子振動(dòng)模態(tài)數(shù)學(xué)模型,開發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算軟件,結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目,計(jì)算了磁懸浮轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)特性;接著提出了在給定臨界轉(zhuǎn)速、振型和傳感器布局下的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論;最后提出了一種基于理論計(jì)算與試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析相結(jié)合辨別磁懸浮支承剛度的方法。并用BK公司的試驗(yàn)?zāi)B(tài)模塊驗(yàn)證了以上理論的正確性。 接著,在磁懸浮轉(zhuǎn)子的不平衡中引入轉(zhuǎn)子全息譜理論與方法,根據(jù)磁懸浮轉(zhuǎn)子傳感器檢測(cè)信號(hào),提出了基于全息譜的磁懸浮轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡控制理論,解決了柔性磁懸浮轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡中的問題。 最后,對(duì)磁懸浮轉(zhuǎn)子的起浮特性進(jìn)行了深入的仿真與實(shí)驗(yàn)研究,并研究了磁懸浮轉(zhuǎn)子在不同干擾力作用下的懸浮特性。通過實(shí)驗(yàn)研究了磁力軸承幾何中心位置確定的內(nèi)容。其結(jié)果與理論計(jì)算基本吻合。 通過以上研究,為磁懸浮轉(zhuǎn)子技術(shù)由經(jīng)驗(yàn)、類比、靜態(tài)設(shè)計(jì)向建模、優(yōu)化、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的發(fā)展,高速高精磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造作出了有益的貢獻(xiàn),也為今后的深入研究工作打下了基礎(chǔ)。
【圖文】：

3)機(jī)床中的應(yīng)用磁力軸承允許在更高線速度的情況下，以其高剛度、大負(fù)載和良好的減振性彌補(bǔ)了一般軸承的不足。主要用于超高速銑削、磨削機(jī)床。圖1一2為武漢理工大學(xué)研制的磁力軸承主軸實(shí)驗(yàn)裝置，圖1一3為瑞士BIAG公司生產(chǎn)的型號(hào)為HF200MA4oKV的高速磁力軸承主軸，其最高轉(zhuǎn)速為40o00Prm，主要用于高速銑削加工。圖1一2磁力軸承主軸實(shí)驗(yàn)裝置4)計(jì)算機(jī)設(shè)備中的應(yīng)用[33]147]圖1一3瑞士BIAG公司的產(chǎn)品

由于磁力軸承具有高速、高精度、能耗小、發(fā)熱小等特點(diǎn)，其被用于硬盤和光驅(qū)上，如1998年瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的R.Vuillemin和B.Aesehlimann等人提出了磁懸浮硬盤驅(qū)動(dòng)器，圖1一4、圖1一5為磁懸浮硬盤驅(qū)動(dòng)器微型定子、轉(zhuǎn)子及傳感器，其中定子和轉(zhuǎn)子只比火柴頭、鉛筆頭大一點(diǎn);圖1一6、圖1一7為武漢理工大學(xué)自行研制的磁懸浮硬盤實(shí)驗(yàn)及檢測(cè)裝置。圖1一4磁懸浮硬盤驅(qū)動(dòng)器定子圖1一5轉(zhuǎn)子、定子與傳感器圖1一6磁懸浮硬盤實(shí)驗(yàn)裝置圖1一7磁懸浮硬盤檢測(cè)裝置5)石油和天然氣工業(yè)中的應(yīng)用[3][9]由于磁力軸承能對(duì)振動(dòng)予以控制和阻尼，并且能獲得預(yù)定的動(dòng)態(tài)性能。另外不需要潤(rùn)滑、密封，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。所以被運(yùn)用于石油和天然氣工業(yè)中的低溫透平膨脹機(jī)、離心壓縮機(jī)。6)交通中的應(yīng)用由于磁懸浮能夠提高速度、噪聲小、能耗低以及振動(dòng)小等特點(diǎn)，從60年代開始，，一些發(fā)達(dá)國家就開始了磁懸浮列車(MagnetieallyLevitatedVehiele，簡(jiǎn)稱MAGLEV)的研究，隨后英、美、德、日本等國相繼投入磁懸浮列車的研究[48][49][50][5‘][52]。圖l一8是中德合作開發(fā)的磁懸浮列車(備注:起點(diǎn)龍陽路
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2005
【分類號(hào)】：TH133.3

【引證文獻(xiàn)】

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8 劉娜娜;周瑾;鄒s

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