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《磁懸浮軸承_轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的理論與試驗?zāi)B(tài)分析.pdf》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第32卷第6期武漢理工大學(xué)學(xué)報信息與管理工程版Vo.l32No.62010年12月JOURNALOFWUT(INFORMATION&MANAGEMENTENGINEERING)Dec.2010文章編號:1007-144X(2010)06-0889-03文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A磁懸浮軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的理論與試驗?zāi)B(tài)分析周瑾,蔡永飛(南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院,江蘇南京210016)摘要:通過對磁懸浮軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的模態(tài)分析,可為系統(tǒng)的振動特性分析以及結(jié)構(gòu)動力特性的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。在NASTRAN中建立了相應(yīng)的磁懸浮軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)三維有限元模型,計
2、算前4階固有頻率、振型和臨界轉(zhuǎn)速,用錘擊法對磁懸浮軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行試驗?zāi)B(tài)分析。結(jié)果表明,其分析結(jié)果與試驗?zāi)B(tài)分析結(jié)果基本一致,NASTRAN對磁懸浮軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動態(tài)仿真對系統(tǒng)設(shè)計有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞:磁懸浮軸承;NASTRAN;模態(tài)分析;錘擊法中圖分類號:TH133.3DOI:10.3963/.jissn.1007-144X.2010.06.008模態(tài)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動特性,模態(tài)參數(shù)可以由計算或試驗分析取得,這個過程稱為模態(tài)分析。模態(tài)分析過程如果通過有限元計算的方法取得,則稱為計算模態(tài)分析;如果通過試驗將采集的系統(tǒng)
3、輸入與輸出信號經(jīng)過參數(shù)識別獲得模態(tài)參[1-2]圖15自由度磁懸浮軸承系統(tǒng)試驗臺示意圖數(shù),稱為試驗?zāi)B(tài)分析。如果通過模態(tài)分析1輔助軸承;2左徑向磁軸承;3軸向磁軸承;方法搞清楚了結(jié)構(gòu)物在某一容易受影響的頻率范4電磁阻尼器;5驅(qū)動電機(jī);6右徑向磁軸承圍內(nèi)各階主要模態(tài)的特性,就可能預(yù)知結(jié)構(gòu)在該頻段內(nèi)在外部或內(nèi)部各種振源作用下的實際振動響應(yīng)。因此,模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計及設(shè)備故[3-6]障診斷的重要方法。文獻(xiàn)[7]研究了基于ANSYS的磁懸浮轉(zhuǎn)子的模態(tài)分析,但其未考慮懸浮條件下的磁懸浮軸承的剛度和阻尼對系統(tǒng)的影響;文獻(xiàn)[8]闡述了對磁
4、懸浮磨削主軸采用試驗圖25自由度磁懸浮軸承系統(tǒng)試驗臺實物圖模態(tài)分析法進(jìn)行的振動研究。筆者采用有限元分析軟件NASTRAN,在懸浮電磁阻尼器、驅(qū)動電機(jī)和右徑向磁軸承等組成。條件下對一磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行計算模態(tài)分1.2利用集中質(zhì)量法建立轉(zhuǎn)軸模型[9-10]析,用錘擊法對磁懸浮柔性轉(zhuǎn)子進(jìn)行試驗?zāi)２捎眉匈|(zhì)量法能夠高精度地分析系統(tǒng)固有態(tài)分析,檢驗其設(shè)計的合理性。頻率和模態(tài)振型,PATRAN提供了友好的集中質(zhì)量單元界面設(shè)置,可以很容易建立集中質(zhì)量單元模1磁懸浮軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有限元模型的建立型。在PATRAN中利用集中質(zhì)量法建立轉(zhuǎn)軸的有1.1
5、磁懸浮軸承-轉(zhuǎn)子試驗臺限元模型,首先計算集中質(zhì)量等相關(guān)參數(shù),根據(jù)轉(zhuǎn)建模及試驗所用的5自由度磁懸浮軸承-轉(zhuǎn)子質(zhì)量離散化的相關(guān)原理,對該轉(zhuǎn)子進(jìn)行主要包括子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示,實物圖如圖2所示。集中質(zhì)量、極轉(zhuǎn)動慣量和直徑轉(zhuǎn)動慣量的計算,其其主要由輔助軸承、左徑向磁軸承、軸向磁軸承、示意圖如圖3所示,中心軸外套經(jīng)過盈配合的構(gòu)件收稿日期:2010-05-06.作者簡介:周瑾(1972-),女,江蘇徐州人,南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院副教授;博士.基金項目:江蘇省自然科學(xué)基金資助項目(BK2007590);國家航空科學(xué)基金資助項目(2008ZB520
6、18).890武漢理工大學(xué)學(xué)報信息與管理工程版2010年12月圖3磁懸浮軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)集中質(zhì)量示意圖圖5轉(zhuǎn)子前四階固有模態(tài)均轉(zhuǎn)化成集中質(zhì)量以建立轉(zhuǎn)子的有限元模型。2試驗?zāi)B(tài)及試驗結(jié)果分析1.3支承條件采用單輸入單輸出(SISO)模態(tài)參數(shù)識別方磁懸浮軸承對轉(zhuǎn)子起支承作用,也就是為轉(zhuǎn)法,使用的儀器主要有HP35670A頻譜分析儀、計子提供支承剛度和支承阻尼。但是,磁懸浮軸承算機(jī)、力錘、加速度傳感器、轉(zhuǎn)子和連接導(dǎo)線。圖的剛度和阻尼是時刻變化的,在某一時刻,有限元6為傳感器布點的位置,總共設(shè)有9個測點。建模時,可以采用RBE2(rigid
7、barelement)單元模擬其支承情況。RBE,即剛性桿單元,是屬于MPC(multi-pointconstraint)多點約束形式。多點約束主要用于控制節(jié)點之間的自由度。對于該柔性轉(zhuǎn)子,按圖4所示的節(jié)點對應(yīng)關(guān)系創(chuàng)建RBE2單圖6靜態(tài)懸浮下轉(zhuǎn)子試驗?zāi)B(tài)分析測點布置示意圖元,即軸承兩端的支承模型。整個試驗臺放置在水平地面上。試驗過程中值得注意的是,磁懸浮軸承工作時,由于軸承自身帶靜電,加速度計不能直接粘貼在轉(zhuǎn)子上,否則會導(dǎo)致加速度計始終過載而無法進(jìn)行測量。解決的辦法是在加速度計和轉(zhuǎn)子之間增加一層硬質(zhì)絕緣層,盡量減小靜電的影響,力錘傳感器安
8、裝不導(dǎo)電的塑料錘頭。識別轉(zhuǎn)子的前4階固有頻率及振型。圖7為圖4磁懸浮軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的支承模型轉(zhuǎn)子的頻率響應(yīng)函數(shù),前4階固有頻率如表2所在實際建模時,彈簧可用BUSH單元模擬,示
