基礎(chǔ)振動下磁懸浮轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

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1、基礎(chǔ)振動下磁懸浮轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性的實(shí)驗(yàn)研究★口王宏松口胡業(yè)發(fā)口丁國平口盧聰慧武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院武漢430070摘要：通過給車栽磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)加載正弦激勵(lì)和隨機(jī)激勵(lì)來模擬不同運(yùn)行工況下的動力學(xué)特性，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出車載-r-；sLT~懸浮轉(zhuǎn)子在低頻激勵(lì)(7Hz)附近最不穩(wěn)定。關(guān)鍵詞：磁懸浮轉(zhuǎn)子車載工況動力學(xué)中圖分類號：U463文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000—4998(2009)08—0086—03由于能源短缺和環(huán)境污染，具有節(jié)能的混合動力汽車和無污染的電動汽車是未來發(fā)展的趨勢。飛輪電池以其比能量高、比功率大、體積小、充電快、壽命長、無任何廢氣廢料

2、污染等特點(diǎn)，已成為電動汽車和混合動力汽車最有前途的動力電池之一?。目前飛輪電池上使用主動電磁軸承(AMB)，它的動力特性是可控可調(diào)節(jié)的，是汽車飛輪電池，航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的一種趨勢【。然而車載飛輪電池磁懸浮轉(zhuǎn)子支承在運(yùn)動的車身上，汽車啟動、加速、減速、轉(zhuǎn)向、急停等狀態(tài)都會對車載飛輪電池磁懸浮轉(zhuǎn)子產(chǎn)生影響，所以其動力學(xué)特性不僅取決于磁懸浮轉(zhuǎn)子本身的動力學(xué)特性，而且還取決于汽車動力學(xué)特性。車身的運(yùn)動導(dǎo)致車載飛輪電池磁懸浮轉(zhuǎn)子的動力學(xué)特性會發(fā)生顯著變化，這使磁懸浮支承技術(shù)的研究更加復(fù)雜。正由于研究的復(fù)雜性，單靠理論建模仿真分析很難達(dá)到真實(shí)客觀的結(jié)論，因此本文

3、圍繞盤狀磁懸浮轉(zhuǎn)子的車載工況模型，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并研究在盤狀懸浮轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)自身振動情況以及在車載不同212況下，它們之間的相互影響，為車載飛輪電池磁懸浮轉(zhuǎn)子的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)奠定基礎(chǔ)，同時(shí)"dg為車載磁懸浮飛輪電池的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。1動力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)成統(tǒng)懸吊，以保證實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于自由狀態(tài)I4】。激振器安車載工況下磁懸浮轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由三裝在基座的底板上，以得到沿Y方向的縱向振動。用部分構(gòu)成：盤狀磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)；丹麥公司的B&K振激振器給系統(tǒng)激勵(lì)，然后用加速度傳感器采集盤狀轉(zhuǎn)動測試分析系統(tǒng)；磁懸浮控制系統(tǒng)。如圖1所示。子上的加速度響應(yīng)，將各測點(diǎn)的

4、激勵(lì)和響應(yīng)信號經(jīng)電為使研究簡化，／6文選用單自由度的盤狀磁懸浮荷放大器放大后輸入到B&K系統(tǒng)，由系統(tǒng)的FFT分轉(zhuǎn)子的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。盤狀轉(zhuǎn)子由45鋼制造，外析儀處理得到各個(gè)頻率范圍內(nèi)的盤狀轉(zhuǎn)子上的加速度徑D=302mm。內(nèi)徑d=156mm，厚度h=2．5mm，質(zhì)響應(yīng)曲線。量m=1．01kg。盤狀轉(zhuǎn)子由3／i"磁力軸承支承，電磁鐵2實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和頻段選擇與懸浮盤片間的平衡間隙為8mm，磁懸浮裝置采用傳統(tǒng)的PID控制。利用3個(gè)電磁鐵限制盤片沿z軸的移2．1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場如圖3所示。首先，讓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)用輪胎懸★國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號：50675163

5、)吊，一方面使得盤片狀磁懸浮轉(zhuǎn)子裝置處于“自由”狀收稿日期：2009年3月2009／$機(jī)械制造47卷第540期態(tài)：另一方面懸吊輪胎表1輸入正弦激勵(lì)信號時(shí)盤片上傳感器A2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)簡化等效為汽車的輪胎頻率／Hz64128256576832896l2l6l472和懸架等減振裝置。在振幅／：nlln·s-2)這種狀態(tài)下，可以認(rèn)為不激振29．541．237．71663l538542550．5實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡化安裝在汽激振3Hz37．866．850．921122620617855．5車上。激振4Hzl0410657．727214l19521737．3激振5Hz17962

6、．347．227316825928953．1其次作測點(diǎn)及測量激振6Hz411l1775．9l0226336042976．2方法的安排，為保證所激振7Hz58574．242．523732638055743．6關(guān)心的結(jié)構(gòu)點(diǎn)都在所選激振8Hz135015844．41171892l229182．4的測量點(diǎn)之中，在盤狀轉(zhuǎn)子面上成120o布置3表2輸入隨機(jī)激勵(lì)信號時(shí)盤片上傳感器A2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)枷枷啪咖伽瑚?？€(gè)加速度傳感器。頻率／Hz64128256576832896l2l614722．2實(shí)驗(yàn)頻段的選擇振幅／(mill·s-：2實(shí)驗(yàn)頻段的選擇應(yīng)考慮機(jī)械或結(jié)構(gòu)在正-g．

7、運(yùn)行條不激振29．541．237．7l663153854255O．5件下激勵(lì)力的頻率范圍。通常認(rèn)為振源頻帶對結(jié)構(gòu)實(shí)激振6．25Hz44180．150．7l22191l9437034．9際振動響應(yīng)的貢獻(xiàn)較小【4l。因?yàn)槲覀冄芯康氖擒囕d工激振12．5Hz98889．736．1l8Ol2516334045．9激振25Hz62946．633．487l47l5l23938．4況下磁懸浮盤狀磁懸浮轉(zhuǎn)子的動力學(xué)特性，汽車在外激振50Hz74．225．146．224323829127530界激勵(lì)和自身不平衡的影響下，通過懸架和傳動軸緩激振100Hzl081l186．5

8、18314317258．833．3沖橡膠塊傳遞到車體上。研究認(rèn)為，由于汽車懸架和輪胎對路面高頻