轴系稳定性与支承轴承的关系

本文研究了大型旋转机械转子轴承系统的稳定性与每个支承轴承的关系,建立了轴承对整个轴系稳定性的贡献系数。贡献系数最大的轴承对稳定性的贡献最大;贡献系数最小的轴承是轴系中最危险的轴承。油膜失稳或油膜振荡往往由这个轴承首先激发。轴系稳定性主要取决于系统中敏感轴承的动特性系数。适当地改变这些轴承的结构型式或设计参数可以显著地提高轴系的稳定性裕度。分别对一个5支承的模型转子系统以及国产200MW汽轮发电机组进行了数值计算,结果表明本文的计算结果与机组的实测结果比较一致。此外还讨论了国产200MW机组轴承的改造方案,提出将发电机转子的两个轴承改换为椭圆轴承,不但可以有效地提高机组的稳定性,而且改造费用最低。     

轴系稳定性裕度判据的实验研究

本文是研究轴稳定性裕度判据的系列文章的第二篇。文［１］从理论上提出以系统的最大能量比率作为衡量轴系稳定性裕度的判据，本文以一对称单跨转子－轴承系统为例对该判据进行实验研究，测量了系统的最大能量比率，结果与理论计算吻合较好。测量了转子轴承系统机械能随时间变化的曲线，讨论了实测结果与理论计算存在偏差的主要原因。     

被动式电磁阻尼器对磁悬浮转子系统不平衡响应的影响

采用被动式电磁阻尼器控制磁悬浮轴承转子系统振动.首先,设计了一个被动式电磁阻尼器,可以通过电流变化控制阻尼力.然后,基于通用有限元软件NASTRAN,对磁悬浮轴承转子系统分析了不同阻尼下的不平衡响应仿真.最后通过系统高速旋转实验,研究了不同阻尼器控制参数下该系统的不平衡响应.仿真与试验结果表明,增加被动式电磁阻尼器能够改善系统的动态性能并降低转子的不平衡振动,使转子成功越过一阶弯曲临界转速15 600 r/min,稳定运行在21 000 r/min.     

油膜轴承动态特性参数及转子不平衡的统一识别

将转子不平衡作为引起转子-轴承系统振动的主要原因,本文提出了一种现场、在线识别转子系统油膜轴承动态特性参数及转子不平衡的时域方法。本方法充分利用转子的结构及模态参数以解决测点不足和激振力不可测量等问题。同传统的参数识别方法相比,本方法具有现场、在线、不需人工激振、设备简单等优点。实验结果证明了方法的可行性。     

圆锥电磁转子系统耦合特性和控制

提出了圆锥电磁轴承的耦合动特性概念，并明确给出了其定义，在此基础上，建立了五自由度圆锥电磁轴承转子系统动力学耦合模型，进一步分析了圆锥电磁轴承耦合特性对系统最优控制器的影响。     

基于速度观测的电磁轴承飞轮转子系统振动控制策略

高速飞轮储能系统广泛采用电磁轴承作为转子支撑部件。PD控制是常用的电磁轴承飞轮转子系统的振动控制策略,传统的PD控制策略通过对转子位移信号的微分运算来获取阻尼控制信号,但微分运算易引入噪声干扰。噪声干扰使得飞轮转子系统的阻尼不足,影响其振动控制性能,甚至引起系统失稳。针对此问题,提出了一种基于速度观测的新型PD控制策略,通过速度观测器得到阻尼控制信号,增强了控制系统的抗噪声干扰能力。介绍了新型PD控制策略的基本原理,并借助仿真和实验验证了新控制系统的性能,结果表明,基于速度观测的PD控制策略比传统的PD控制具有更强的抗噪声干扰能力及更宽的稳定域。     

挤压油膜阻尼器对耦合双转子轴间力的影响分析

建立带挤压油膜阻尼器耦合双转子系统的动力学模型,分析挤压油膜阻尼器对双转子系统稳态不平衡振动的影响以及临界转速下阻尼器对不平衡振动的控制效果。结果表明,挤压油膜阻尼器能显著降低临界转速附近时双转子系统的振动幅值;阻尼器不仅能改善系统的稳定性,而且能使轴间的耦合作用力变化趋缓,轴承工作平稳,有利于延长其工作寿命。     

转速比对双转子系统非线性动力学特性影响

以航空发动机双转子系统为研究对象,考虑挤压油膜阻尼器以及中介轴承的非线性力,通过有限元法和固定界面模态综合法建立了双转子系统的耦合动力学模型。利用仿真计算分析了转速比对转子系统非线性响应特性的影响。研究表明:响应中能观察到较明显的交叉激振现象;响应中除了内外转子的不平衡激励频率之外,还出现了两者的组合频率,但不同转速比情况下的组合频率不同;同向旋转情况下的临界转速均不小于反向旋转;转速比对转子系统的轴心轨迹和运动的周期性有较大影响。最后,通过试验验证了本文建模和仿真结果的正确性。     

电磁轴承-转子系统多变量模糊解耦控制算法的推导

在建立了转子高速旋转时电磁轴承系统的模型基础上 ,针对此系统的多变量模型 ,采用了多变量模糊解耦方法进行控制研究。文中推导了有效的降维模糊关系矩阵 ,得出了四输入四输出的多变量模糊系统的输出算法 ,并进一步考虑了加上输入变量导数的情况下算法的推导。     

主动电磁轴承飞轮转子系统自适应偏置控制

主动电磁轴承具有无接触、无磨损、无需润滑、动态特性可调等特点,广泛应用于高速飞轮储能系统.差动控制是主动电磁轴承飞轮转子系统中常用的控制方法.在传统的差动控制方式中,一个自由度上两个对置的电磁铁具有相同的恒定偏置电流,偏置电流与控制电流进行差分运算后再分别驱动两电磁线圈.由于恒定偏置电流的存在,即使控制电流为零,电磁轴...     

轴系稳定性裕度判据的理论研究

本文提出以系统最大能量比率作为衡量轴系稳定性裕度的判据,和传统的对数衰减率与系统阻尼判据相比,该判据综合了系统所有模态的信息,考虑了特征值与特征向量的共同影响。最大能量比率较小的轴系具有较大的稳定性裕度;最大能量比率较大的轴系具有较小的稳定性裕度。探讨了特征向量在评估稳定性裕度的重要作用,指出了传统的对数衰减率与系统阻尼判据在评估轴承稳定性裕度时的局限性。作为应用实例,用最大能量比率判据考察了一模型转了轴承系统的稳定性裕度,并与用对数衰减率及系统阻尼判据所得结论进行了对比。结果表明,用本文提出的判据所得的结论与实际情况比较一致。此外,应用模型转子的计算结果,进一步阐明了对数衰减率与系统阻尼判据的共同不足是采集的信息太少。     

永磁体位于转子上的混合型轴向磁轴承原理分析与参数设计

针对混合型磁悬浮轴承功耗低、结构紧凑的特点,提出了一种永磁体位于转子上的混合型轴向磁悬浮轴承。首先给出了该磁悬浮轴承的三维结构及其工作原理。在此基础上,提出了一种基于气隙磁通计算的参数设计方法。其中根据最大承载力所需的总磁通量,得到磁路中各关键截面处的磁通密度,以软磁材料内部磁场磁通密度不饱和为约束条件,以体积最小为优化目标,通过循环迭代的方式计算各部分漏磁系数与磁阻系数,最后得到该混合型轴向磁悬浮轴承各部分的结构参数。文中还利用有限元电磁场分析软件对其进行三维电磁场建模与仿真分析,仿真结果验证了该参数设计方法及其结果的合理性与正确性。     

基于自适应滤波的主动磁悬浮轴承位移传感器故障识别

针对采用差动式位移传感器的主动磁悬浮轴承系统,从理论上分析了控制器输出信号与转子干扰力及传 感器故障信号之间的关系和自适应滤波器的工作原理,并在此基础提出了基于自适应滤波的传感器故障识别方 法.该方法以两路位移信号的差值为参考信号对控制器的输出信号进行滤波,从而得到控制器输出信号和两路 位移信号的差值之间的相关系数,根据该相关系数的极性即可准确地判断出故障传感器.还采用Matlab对该方 法进行了仿真研究,并在一个主动磁悬浮轴承试验台上进行了试验研究,研究结果表明:该方法可以同时识别传 感器的直流故障争交流故障;转子在静态悬浮和高速旋转时,该方法均可以准确地检测到传感器故障并识别出 故障传感器.     

轴承-转子非线性动力学及非线性特征的识别分析

轴承-转子系统在局部碰摩故障和气膜振荡等因素的影响下,将会发生线性失稳,进入非线性的稳定和不稳定工作状态.根据非线性理论,讨论了轴承-转子动力系统线性失稳后,非线性周期运动、拟周期运动和混沌运动发生的条件及特征,提出了转子系统非线性运动状态的识别方法.     

TB飞机起落架机轮轴承维护

机轮的轴承是飞机起落架系统很重要的部件。加强对轴承的使用情况、故障模式的分析，找出失效的原因，以此制定科学的维修方案，才能保证飞行教学的安全。     

磁悬浮轴承用位移传感器测量误差

针对磁悬浮轴承用位移传感器,通过Matlab编程仿真,分析了位移传感器的类型、安装方式以及安装位置对传感嚣测量误差的影响.研究结果表明:无论选择什么类型的位移传感嚣,只要传感器形成的检测平面与电磁铁形成的控制平面轴向存在偏差,都将引入测量误差,但传感嚣外置产生的测量误差要小于传感器内置产生的测量误差;电涡流、光电和激光传感器采用差动安装时,可消除传感嚣的测量误差,能真实反映转子的位移量,但电感式传感器由于结构方面的原因,即使采用差动安装还会引入测量误差;位移传感嚣的安装精度也将影响到传感器的测量误差.研究结果为更合理地选用和安装磁悬浮轴承用位移传感器,提高主动磁悬浮轴承的性能提供了理论依据.     

主动磁悬浮轴承系统实时不平衡力补偿控制

针对主动磁悬浮轴承(AMB)系统中与转速同频的周期性不平衡激励对系统稳定性以及其他性能的影响,提出一种基于变步长最小均方算法作为前馈补偿控制器的新的实时前馈自动平衡策略.此控制器能够提供适当的正弦信号用来补偿转子反馈位移信号中的与转速同频的不平衡响应,从而降低控制电流的波动以及减弱AMB系统的主动控制作用.通过分析标准LMS算法原理以及其在AMB系统实时滤波补偿应用中的不足,得到新的与转速成比例的LMS算法步长因子.实验结果表明,该算法能够在一个宽频带内实现实时不平衡力补偿控制,有效降低不平衡激励对系统基础的影响,为转子速度的进一步提高提供便利.     

行波液体静压轴承浮力及其稳定方法的实验研究

提出了一种基于蠕动传输作用的新型行波液体静压轴承。首先基于行波液体静压轴承原理,建立了轴承原理验证装置。然后基于差动螺纹机构建立了轴承面倾斜调整机构,实现轴承的完全上浮。利用所开发的轴承验证装置,实验研究了行波液体静压轴承在上浮方向上有导轨时的轴承承载能力,证明了行波液体静压轴承及其稳定方法的可行性,并给出了驱动参数,例如:驱动电压和驱动频率,以及轴承间隙高度对轴承浮力稳态值的影响规律。     

几何加工精度对气体动压径向轴承性能的影响

在保证轴承性能的前提下，如何减少轴承加工成本是每个轴承设计者所关心的问题。本文主要针对加工精度对全圆周光滑气体动压径向轴承性能影响进行了分析，列举了几种加工轴承孔的常用方法在一般工艺条件下所能达到的精度。简要讨论了影响轴承零件加工精度的因素。针对主要的加工误差：圆度误差与圆柱度误差对轴承性能影响作了气体润滑有限元分析，建立了一种考虑圆度误差及圆柱度误差影响的气膜厚度分布综合表达式。分析表明，加工误差对轴承性能的影响与误差的种类及参数有关；合理的圆度及圆柱度加工误差应控制在平均气膜厚度的２０％～３０％左右。     

单自由度混合磁悬浮轴承控制系统模型的研究

介绍了单自由度永磁偏置的混合磁悬浮轴承的工作原理,提出了永磁磁通与电磁磁通叠加计算混合磁悬浮轴在的方法,给出了由这种方法导出的计算磁感应强度的理论计算公式,建立了混合磁悬浮轴承的数学模型及其控制模型,以ＰＩＤ为控制策略,导出混合磁悬浮轴承系统稳定性和动态性能的传递函数,通过理论分析和实验验证,得出了增大永磁内部磁动势可以提高轴承的承载力,稳定性,减小功放损耗的结论。