金属橡胶磁悬浮轴承组合支承转子系统动力学特性研究

论文摘要

本文将磁悬浮轴承支承在金属橡胶环上,构成金属橡胶磁悬浮轴承组合支承转子系统。研究转子-磁轴承-弹性基座复杂系统的结构设计及动态特性。在一般磁悬浮轴承控制策略的基础上,利用金属橡胶环产生的附加阻尼,降低转子的振幅,提高系统的稳定性,使转子能够安全稳定地越过系统的弯曲临界转速。主要内容如下:首先,分析了金属橡胶阻尼工作原理,在原有磁悬浮轴承实验台基础上,根据金属橡胶的力学特性和原有实验台机械结构参数设计并加工了金属橡胶环、磁悬浮轴承座、金属橡胶环座、实验台基座等相关零部件,建立了金属橡胶磁悬浮轴承组合支承转子系统实验台。其次,论述了组合支承系统各环节的设计方法,建立了金属橡胶磁悬浮轴承组合支承转子系统的数学模型。采用Matlab软件编写了相关程序,分析了金属橡胶磁悬浮轴承组合支承转子系统的固有频率、阻尼、振型、不平衡响应等性能参数,并与原有的一般磁悬浮轴承转子系统进行了比较。最后,通过试验模态分析和系统高速旋转实验对比分析了金属橡胶环对磁悬浮轴承转子系统动态性能的影响。研究结果表明,增加合适支承刚度及支承阻尼的金属橡胶环可以明显降低转子在弯曲模态频率处的振动,减轻磁悬浮轴承为抑制转子弯曲振动所付出的代价,有利于系统平稳越过弯曲临界转速。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 论文的研究背景
• 1.2.1 研究目的
• 1.2.2 磁悬浮柔性转子系统国内外研究现状
• 1.3 金属橡胶减振器
• 1.4 本文的研究方法
• 1.5 本文所做的工作和章节安排
• 1.5.1 本文所做工作
• 1.5.2 章节安排
• 第二章 金属橡胶环的设计
• 2.1 金属橡胶的特点与制造工艺
• 2.1.1 金属橡胶的特点
• 2.1.2 金属橡胶的制造工艺
• 2.2 金属橡胶环的阻尼工作原理
• 2.3 组合支承转子系统的结构
• 2.4 组合支承转子系统各环节设计
• 2.4.1 传感器的选择
• 2.4.2 控制器的设计
• 2.4.3 功率放大器的设计
• 2.4.4 转子的设计
• 2.4.5 磁悬浮轴承的设计
• 2.4.6 组合支承机械组件的设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 组合支承转子系统动力学分析
• 3.1 基于传递矩阵法的组合支承转子系统建模
• 3.1.1 转子的离散化模型
• 3.1.2 非支承处的节点方程
• 3.2 磁悬浮轴承转子系统动态特性的分析
• 3.2.1 系统刚度和阻尼
• 3.2.2 系统的稳定性
• 3.2.3 系统的固有频率及振型
• 3.2.4 系统的不平衡响应
• 3.3 组合支承转子系统动态特性分析
• 3.3.1 系统的固有频率和振型
• 3.3.2 不平衡响应
• 3.4 两种系统动态特性对比
• 3.5 本章小结
• 第四章 系统实验分析
• 4.1 系统试验模态分析的意义
• 4.2 静态悬浮试验模态分析
• 4.2.1 磁悬浮轴承转子系统试验模态分析
• 4.2.2 组合支承系统试验模态分析
• 4.2.3 两种系统试验模态分析对比
• 4.3 高速旋转实验
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结
• 5.1 本文结论
• 5.2 本文的创新点
• 5.3 研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文