面向航空关键部件性能测试的 多维力加载装置

航空关键部件多数工作在受力复杂的环境中,承受由拉(压)力、弯矩和扭矩组成的多维力载荷,其性能直接影响系统整体的表现,所以需在接近实际工况载荷下测试关键部件的力学性能和疲劳寿命,保障其安全高效的服役。以直升机弹性轴承为应用对象,基于6–SPS并联机构研制多维力加载装置,可模拟其真实受力工况,对弹性轴承进行压力、弯矩和扭矩的组合加载并测试其刚度特性。设计了加载装置的几何参数和构件结构,开展弹性轴承压缩、弯曲和扭转刚度测试,相较于传统测试方法所得结果,压缩刚度和扭转刚度的吻合度较好,弯曲刚度存在偏差,因为传统方法在施加弯矩时不能排除轴向力的影响。试验验证了并联机构的多维力加载能力,并初步探索了弹性轴承在压力–扭矩组合加载下的刚度特性变化规律。最后讨论了并联机构在多维力加载材料试验机和多维力随动加载装置中的应用,形成面向工程材料、关键部件和运动系统的多维力加载理论体系。     

Characteristics of motorized spindle supported by active magnetic bearings

A motorized spindle supported by active magnetic bearings（AMBs） is generally used for ultra-high-speed machining. Iron loss of radial AMB is very great owing to high rotation speed, and it will cause severe thermal deformation. The problem is particularly serious on the occasion of large power application, such as all electric aero-engine. In this study, a prototype motorized spindle supported by five degree-of-freedom AMBs is developed. Homopolar and heteropolar AMBs are independently adopted as radial bearings. The influences of the two types of radial AMBs on the dynamic characteristics of the motorized spindle are comparatively investigated by theoretical analysis, test modal analysis and actual operation of the system. The iron loss of the two types of radial AMBs is analyzed by finite element software and verified through run-down experiments of the system. The results show that the structures of AMB have less influence on the dynamic characteristics of the motorized spindle. However, the homopolar structure can effectively reduce the iron loss of the radial AMB and it is useful for improving the overall performance of the motorized spindle.     

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。     

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。     

一种新颖的永磁偏置三自由度电磁轴承

为了使磁轴承系统减小尺寸、改善动态性能和降低成本，提出一种将轴向磁轴承和径向磁轴承的功能相结合的永磁偏置三自由度电磁轴承，对其磁悬浮机理进行了研究，用等效磁路法建立了这种电磁轴承轴向力和径向力数学模型，利用三维网格图直观地分析了轴向力和径向力的耦合状况，理论分析表明，在平衡位置附近这种磁轴承3个自由度之间是解耦的。作者研制了一套实验样机，利用简单的分散控制实现了3自由度的稳定悬浮，并给出了部分实验结果。实验很好地验证了理论分析的结果。这种新颖的电磁在适合应用于飞轮储能、空调压缩机、涡轮分子泵等高速应用场合。     

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。     

双层滚动轴承转速分配比

针对双层滚动轴承,分别采用纯滚动理论和摩擦力矩理论推导出转速分配比的理论计算公式,并对不同结构和不同润滑方式下的转速分配比进行了试验研究。研究结果表明:根据摩擦力矩理论计算得到的转速分配比比根据纯滚动理论计算得到的转速分配比更接近于试验测得的结果。双层滚动轴承的转速分配比与内、外层轴承的节径比有关,节径比越大,转速分配比越好。当工作转速为10000r/min时:节径比为0.59时,转速分配比为0.038;节径比为0.75时,转速分配比可达0.17。转速分配比还与内、外层轴承的润滑方式和润滑粘度有关,内、外层轴承都采用油润滑比都采用脂润滑得到的转速分配比更加稳定。     

挤压油膜阻尼器失效问题的实验研究

描述了对挤压油膜阻尼器的减振特性实验，双稳态区域实验和减振失效边界实验。结果证明：《挤压油膜阻尼器失效边界探索》一文中作出的双稳态区域图和减振失效边界图是正确的，具有满意的工程实用精确度。     

磁悬浮反作用飞轮磁轴承动反力分析及实验

针对磁悬浮反作用飞轮转子系统,提出了一种描述混合磁轴承动反力的新模型.基于拉格朗日原理,将飞轮转子两去重面内不平衡质量矩等效至两端径向磁轴承位置,并与转子惯性轴偏离几何轴引起的离心力共同作用,得到磁轴承动反力.仿真结果表明:转子两不平衡质量矩大小相等时,其振幅从相位差φa-φb=0时的30μm减小至φa-φb=π时的10μm(减小了2/3),从转速为1000 r/min时的5μm增加至5000 r/min时的10μm(增加了1倍).测试实验结果与仿真结果一致,为飞轮系统高精度高稳定度控制奠定了基础.     

对火箭陀螺高速向心球轴承摩擦系数的研究

在运用滚动轴承理论、摩擦学滚动理论及弹性力学原理对火箭陀螺高速向心球轴承(简称高速球轴承)滚珠及内圈(或外圈)受力情况进行系统分析及研究的基础上,提出一组可直接计算高速球轴承摩擦系数的理论公式。从导出公式所示解析关系可清晰地看出,高速球轴承摩擦系数不仅与轴承内外径、滚珠对内圈(或外因)的滑动摩擦系数、滚珠半径及数量有关,而且还直接与轴承转速和当量动载荷等参数密切相关。