磁力軸承支承剛度的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法研究.pdf

1、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(wú)摩擦、無(wú)磨損、高精度、剛度阻尼可控可調(diào)等許多傳統(tǒng)軸承無(wú)法比擬的優(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。國(guó)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(guó)內(nèi)磁力軸承的研究整體上還處于實(shí)驗(yàn)研究階段。
　　 究其原因在于磁力軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其動(dòng)態(tài)特性成為制約這一技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題，而分析研究磁力軸承

2、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(duì)其進(jìn)行理論研究和實(shí)驗(yàn)測(cè)量是磁力軸承研究的基礎(chǔ)工作。因?yàn)榇帕S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(méi)有一套完整的磁力軸承剛度計(jì)算理論，即使是理論計(jì)算的剛度值也還需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，因此磁力軸承剛度的實(shí)驗(yàn)測(cè)量就顯得格外重要。本文重點(diǎn)研究磁力軸承剛度的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法，主要做了以下幾方面工作。
　　 結(jié)合有關(guān)磁力軸

3、承剛度的國(guó)內(nèi)外大量文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)對(duì)磁力軸承的剛度定義沒(méi)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(duì)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(duì)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(duì)轉(zhuǎn)子的受力分析證明了兩

4、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(dòng)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(duì)這三種狀態(tài)分別對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的電磁力以及位移傳感器測(cè)得的位移信號(hào)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(shí)的剛度計(jì)算公式。
　　 以?xún)勺杂啥却帕S承系統(tǒng)為研究對(duì)象，給出基于磁力軸