磁轴承转子跌落在保护轴承上的动力学研究

调研了保护轴承-转子系统非线性动力学研究领域内近30年来的代表性成果。首先,梳理了局部碰撞模型的发展历史,分别从转子和保护轴承两方面对系统结构模型的发展进行了综述,并给出了各模型的特点;接着,从跌落响应形态切入,重点分析了保护轴承-转子系统损伤的最主要原因——后向涡动;然后,从转子结构、轴承结构和轴承参数三个方面,分析了跌落响应结果与系统结构及接触参数的关系;最后,通过总结归纳,给出了保护轴承结构和参数设计选用的通用准则,并提出了后续值得深入研究的几点问题。

高速储能飞轮转子芯轴-轮毂连接结构优化设计

针对储能25 MJ的金属芯轴-轮毂-复合材料轮缘飞轮转子的结构设计问题,本文探讨了芯轴-轮毂-复合材料轮缘连接部位的应力和变形特性。利用有限元分析软件,求解了芯轴-轮毂结构应力和变形,分析了自适应法兰变形规律,优化了销钉孔形状、位置以及芯轴结构,提出了椭圆销钉孔新结构。有限元分析结果表明,在额定转速24000 r/min下,飞轮芯轴-轮毂结构整体最大应力由734.23 MPa降低为487.28 MPa,显著提高了整体结构的强度安全裕度。

接触参数对储能飞轮转子碰摩行为的影响

高速旋转的储能飞轮转子是飞轮储能技术的关键设备。正常工况下,借助于两端磁悬浮轴承的支承,飞轮转子稳定运行于转子轴颈与保护轴承之间的半径间隙内。当转子受到某些因素的扰动而偏离稳定轨迹时,其轴颈可能与保护轴承内圈发生碰摩,进而引起系统失稳。因此,研究碰摩作用对飞轮系统稳定性的影响,从而为优化系统接触参数、提升系统稳定性提供依据是必要的。本文利用考虑摩擦力的两自由度弹簧-阻尼系统模型,经过简化建立了描述飞轮转子碰摩过程的动力学方程,并使用四阶龙格-库塔直接积分法数值求解了系统在不同接触参数下的碰摩行为。计算发现,在实际接触刚度的范围内,转子系统的稳定性随摩擦系数的增大表现出先缓慢增强、后迅速下降的趋势。换言之,对于给定的接触刚度,摩擦系数存在一个与之匹配的最佳取值范围以及允许的最大取值;当摩擦系数超过这一最大取值后,碰摩作用将引发系统的低频碰撞或全周碰摩等失稳行为。而随着接触刚度的增大,摩擦系数允许取值的范围将越来越狭窄。另外,接触参数对碰摩的影响也受到系统阻尼系数的制约。计算结果表明,通过优化碰摩时的摩擦副材料,进而优化转子轴颈与保护轴承内圈之间的接触参数,是增强飞轮系统稳定性的一种可行方案。