螺杆机用并轴双转子永磁电机齿槽力矩机理分析与抑制

针对并轴双转子永磁电机过大的齿槽力矩以及转矩脉动大等电磁问题,采用传统单个槽齿槽转矩理论以及双转子电机边端力矩波动理论进行分析,计算了并轴双转子电机齿槽力矩的特殊组成成分以及其各部分转矩的谐波阶次。分析改变磁极偏心距和转子斜极对电机齿槽力矩和转矩特性的影响。采用响应面法构建电机的多目标优化模型,通过改变永磁体偏心距和斜极块数来约束电机的优化变量,并采取约束关系以及优化目标求解出最优转子结构参数。构建有限元模型,验证齿槽力矩理论的正确性。对比采用最优转子结构参数下电机的电磁性能与优化前电机的电磁性能,优化后电机的齿槽力矩、转矩脉动等电磁性能进一步提升,验证了采用磁极偏心和转子斜极复合结构的有效性。

双转子-中介轴承系统动力学仿真与实验研究

针对双转子系统复杂的动力学特性以及总是存在的质量不平衡现象,建立内外双转子系统动力学模型,通过轴心轨迹图、时域图、频谱图、庞加莱截面图和分岔图分析其振动特性,并通过双转子系统实验台升速和不平衡实验验证了理论和仿真结果。结果表明:双转子系统在升速过程中会发生2次振幅突然加剧的现象,2次主共振分别由内、外转子转速达到系统固有频率引起;双转子系统在不同的转速下会呈现出不同的振动特性;增大内转子的不平衡量,不仅会影响内转子系统振动响应,还会影响外转子系统振动响应,并且对前者的影响更显著。

新型双转子双定子永磁同步发电机的磁场及耦合效应分析

为了解决目前海上风力发电机存在的成本高、体积大等问题,提出一种新型双转子双定子永磁同步发电机(DRDS-PMSG).建立了发电机的等效磁路模型,采用有限元分析方法评估了发电机的电磁特性及内外电机的耦合效应,部分仿真结果得到了实验验证.仿真结果表明:随着内、外永磁体相对位置的改变,电机等效磁路存在3种典型情况,并可通过耦合系数对耦合区域的等效磁阻进行描述;内、外电机的耦合效应体现在齿槽转矩、电磁转矩等电磁特性上,内、外电机的齿槽转矩峰峰值分别为0.52和1.64 kN·m,电磁转矩平均值分别为11.65和27.09 kN·m,转矩脉动分别为6.02%和4.12%;总体来看,内、外电机之间存在一定程度的耦合,但该耦合效应被隔磁环有效削弱.

双转子连续混炼设备的进展

双转子连续混炼机由于具有稳定、高效和节能的特点,在聚合物材料加工领域得到了广泛的应用。首先综述了双转子连续混炼机的国内外研发历程,梳理了双转子连续混炼机系统结构设计、转子结构优化和加工机理等的研究进展,并系统地分析了转子的楔入角、转子的螺棱数和转子的相位角等重要转子结构参数对聚合物材料结构与性能的影响。另外,总结了双转子连续混炼机在高填充母料、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)加工和回收橡胶等领域的应用进展。最后,概述了双转子连续混炼设备的发展趋势,需要深入研究其加工机理,并且,不断朝着大型化、专业化、绿色化和智能化方向发展。

能量轨道下带碰摩的双转子系统振动特性分析

为提高航空发动机的推重比和燃油效率,调整转子与机壳间的间隙变小,易发生碰摩故障问题,本文针对带碰摩双转子系统的非线性振动特性开展了定性、定量分析。建立了具有非线性弹簧特性和带碰摩故障双转子系统的非线性数学模型,通过仿真与数值分析调查了该模型复杂的碰撞、振动特性。对碰摩故障发生后和即将脱离时该系统的能量交换进行了定量分析,基于振动能量轨道的迁移过程分析了非线性振动特征和诱发机理。使用转子实验验证了数值仿真、理论分析结果和振动能量轨道。本文揭示了带碰摩故障的非线性双转子系统运行时振动变化规律,更好地分析了双转子系统的振动特征。

微速差双转子信号分离方法精度研究

针对提取频率相近信号特征的经典算法Zoom-FFT(ZFFT)在分离差频1 Hz以内的微速差信号时,需要足够的数据长度才能达到良好的信号分离效果的问题,为了在不增加数据长度的基础上提高信号频率分辨率,在ZFFT算法的基础上产生了ZFFT+FT算法。通过LabVIEW软件仿真试验研究了该算法对频率差1 Hz和0.5 Hz的微速差信号提取精度,并与chirp Z transform(CZT)算法、ZFFT算法以及FFT算法的提取精度作了对比,通过提取结果的相对误差及方差来衡量提取精度。在同轴微速差双转子试验台进行现场试验,利用FFT对微速差信号28 s数据集的提取结果与CZT,ZFFT及ZFFT+FT算法对4 s数据集的提取结果作对比,ZFFT+FT与FFT算法的提取结果最大相差0.56 μm,验证了ZFFT+FT的实时性和精确性。结果表明,ZFFT+FT算法能够实时精准提取频率差1 Hz以内的微速差信号。研究结果可为旋转机械微速差信号的提取提供参考。

并列式双转子混合自励磁电机励磁源参数优化设计和磁场调节特性分析

针对永磁同步电机气隙磁场不可调以及传统电励磁电机的效率低等问题,提出了一种新型并列式双转子混合自励磁电机。首先,该电机利用谐波激励原理,通过调节谐波电压可灵活调整励磁电流,在中高速域更容易实现弱磁扩速。其次,保证功率不变的前提下,先分析两部分各占的比重,再分别对励磁源参数进行优化设计。最后,通过调节励磁电流的大小与方向且利用二维有限元模型对所提电机的性能进行验证。仿真结果证明:所提电机具有较好的调磁能力,在弱磁情况下,反电动势幅值接近于0,可以有效实现转速调节。

计及转矩储备的车用双转子电机转矩控制策略

针对电机定子电流变化率受到定子绕组电感的制约,进而影响电机转矩的快速变化的问题,提出了一种计及转矩储备的车用双转子电机转矩控制策略。首先,推导了双转子电机的数学模型,分析了转矩空间变化率的基本表达式及其与矩角特性之间的关系;其次,基于永磁电机的矩角特性,制定了计及转矩储备的电流控制策略,即在转矩快速变化之前预先加载定子电流,使得转矩快速变化阶段可保持定子电流恒定,以便通过转子的旋转带动转矩角的变化来实现转矩的快速输出;最后,搭建了转矩储备控制策略的仿真模型和实验台架,通过仿真和实验验证了所提出控制策略的正确性与可行性。

含中介轴承波纹度的双转子系统振动特性分析

针对双转子系统中存在中介轴承波纹度的问题,以含变截面外转子的双转子-轴承系统为研究对象,考虑中介轴承滚动体和内、外圈滚道波纹度,基于有限元法建立了双转子-轴承系统的动力学模型,采用四阶Runge-Kutta数值解法求解方程,分析了波纹度激励对系统频谱特征和幅频响应曲线的影响。结果表明:内、外圈滚道存在波纹度时系统会出现内、外转子转频和保持架转频的组合频率,滚动体存在波纹度时系统会出现偶数倍的滚动体自转频率;考虑转子不平衡激励,外圈滚道波纹度会增大外转子主激励的共振区域的振动,且随着波纹度幅值的增加,系统的振动会在整个转速范围内增大,而内圈滚道波纹度与不平衡激励两者的振动响应会在内转子主激励的第二次共振区域出现近似同频反相的现象,系统的振动会随着波纹度幅值的增加而降低,在其他区域的振动会增大,相对于高转速区域,滚动体波纹度对低转速区域的振动特性会有较大影响。

含呼吸裂纹的多盘双转子系统振动特性探究

由于材料、工作环境等因素影响,以航空发动机为代表的旋转机械在工作过程中可能会产生裂纹故障,常见的裂纹类型为呼吸裂纹。为分析该故障对轴系振动特性的影响,基于某型双转子涡扇航空发动机,建立了包含风扇和多个轮盘在内的双转子—支承动力学数值仿真模型,使用Newmark-β法分别对不同裂纹相对深度和不同转速下的系统工况进行了数值仿真求解。结果发现:随着裂纹逐渐加深,转子高频分量愈加明显,系统稳定性下降;随着转速升高,系统出现了2X,3X分量,工频分量在一阶临界转速前后先增大后减小,轴心轨迹由不规则形状逐渐转变为圆形。

基于空间极对数宽频带耦合的双转子同步风力发电机电磁特性分析

【目的】针对传统大型永磁同步风力发电机无法实现励磁磁场的调节、传统双馈发电机无法实现直驱且存在后期维护等问题,设计了一种模块化双转子同步风力发电机。【方法】该发电机定子绕组为分数槽集中绕组(FSCW);双转子绕组均为集中绕组且采用直流激励;定子激励产生的两个主导极分别与两个转子的主导极进行磁通匝链。首先,介绍了所设计发电机的基本结构与工作原理;其次,建立了该类发电机的数学模型,并依托于FSCW理论分析其磁链、感应电动势等电磁特性;最后,建立有限元仿真模型,将仿真与理论结果进行对比分析。【结果】结果表明:定、转子齿部导磁面正对位置处磁链计算较为准确,而定、转子齿部偏移处由于含有气隙漏感存在一定的计算偏差。【结论】仿真与理论结果基本吻合,验证了所设计的模块化双转子同步风力发电机的正确性。

微转速差双转子系统对自动液力变速器车型怠速抽动的影响研究

为分析液力变矩器与曲轴组成的微转速差双转子系统对自动液力变速器(AT)车型怠速抽动的影响,通过对双转子系统动不平衡耦合激励力进行希尔伯特变换(Hilbert Transform),揭示出部件拍振是导致有规律怠速抽动的根本原因,其抽动激励幅值最大值为激励力之和,抽动间隔频率为激励力频率之差。建立包括发动机、变速器、悬置等系统的机械系统动力学自动分析(ADAMS)模型并进行仿真,结果表明,动力总成垂向刚体模态频率与激励频率越接近,液压悬置垂向一阶动刚度越大,振动幅值越大。因此,可通过动力总成Z向模态频率与曲轴动不平衡激励频率间的避频设计、降低液压悬置垂向动刚度、提高悬置系统的隔振性能等方式改善怠速抽动。

基于联轴器不对中的磁悬浮双转子系统不平衡响应分析

为探讨联轴器不对中故障对磁悬浮双转子系统振动响应的影响,基于有限元法构建包含不对中故障的磁悬浮双转子系统动力学模型,利用Newmark-β法求解其运动方程,通过时域和频域分析不对中情况下转子系统的振动响应。研究结果表明:在不对中引起的附加力作用下,磁悬浮双转子系统的响应会呈现显著的二倍频分量,且随着不对中程度的增加,二倍频分量的幅值也相应增大;内转子由于不对中故障引起的二倍频分量会通过中介轴承传递到外转子上;在不同控制参数下不对中故障对系统的影响有所不同,通过选取合适的比例系数和较大的微分系数,可以有效降低不对中故障对系统振动响应的影响。

支承刚度各向异性对双转子系统进动状态的影响

为提高航空发动机的推重比,航空发动机静子系统的工程解决方案常引起转子系统支承刚度各向异性,进而对转子系统的动力学特性产生显著影响。针对支承刚度各向异性的双转子系统,建立动力学特性计算模型,在验证计算模型准确性的基础上,研究支承刚度各向同性和各向异性对双转子系统固有频率、进动状态和不平衡响应的影响。研究结果表明:支承刚度各向同性时,双转子系统Campbell图中的低阶固有频率线出现交叉,而支承刚度各向异性使低阶固有频率线具有相互分离的趋势。支承刚度各向同性时,不平衡力仅触发转子系统的正进动运动,转子进动轨迹为圆形;而支承刚度各向异性时,转子系统的反/正进动均被不平衡力触发,转子进动轨迹为椭圆形。支承刚度各向异性时,在某些转速下转子系统不同位置处的进动方向可能不同。支承阻尼减小转子系统反/正进动的振幅及反进动的转速区间,降低支承刚度各向异性对双转子系统动力学特性的不利影响。

某型航空发动机双转子系统碰摩分析及挠度抑制方法研究

针对航空发动机的碰摩故障,建立某型航空发动机转子系统三维有限元模型,进行临界转速计算、低压转子瞬态响应和双转子系统碰摩风险分析;进行双转子系统碰摩响应计算,得出双转子系统碰摩工况和位置识别;采用限位轴承进行挠度抑制。结果表明:双转子系统碰摩工况与位置符合低压转子瞬态响应与临界特性,低压转子的2、3阶临界特性受到了抑制。

在能量空间中实现非线性双转子系统的碰摩振动机理表征

碰摩是转子系统发生失稳的一个重要原因。在碰摩故障发生时,转子与机壳随时间的推移在碰撞和脱离等状态间变化,容易产生能量交换,并引发复杂的振动现象。通过构建带碰摩故障的非线性双转子系统模型及动力学方程,采用龙格-库塔法进行数值仿真,在相空间中分析系统的非线性振动特性。在振动能量空间中使用非线性能量供给函数模拟碰摩故障发生后系统的转子振动能量变化,利用振动能量轨道的迁移表征碰摩振动机理。研究结果更好地揭示了非线性双转子系统发生碰摩故障后的碰摩振动机理,提出的方法为双转子系统的振动机理分析提供了新的视角。

双转子流量计中双转子副的几何特征求证

提出在数控加工中心上用一般的球形铣刀加工双转子流量计中双转子副的方法 ,着重阐述了双转子副轮廓曲线方程的求法。

航空发动机双转子系统临界转速求解方法

针对航空发动机转子动力学设计需求,将有限元法与振型筛选法相结合,提出适于工程应用的临界转速求解方法,结合算例详细论述了完全法和缩减法的求解过程。研究结果表明:两种求解方法的结果完全一致,而缩减法求解过程迭代次数少,更为方便;某双转子系统,顺转时存在5阶临界转速,而反转时在相同的转速范围内将增加n=3,n=4和n=5的反进动临界转速,临界转速的密集性导致反转转子的动力学设计更为复杂。

面贴式异向旋转双转子永磁电机的磁场解析计算

采用解析法分析了面贴式异向旋转双转子永磁电机的空载磁场分布。模型在二维极坐标下建立,考虑了径向/平行充磁,内永磁/外永磁转子结构。为了准确计算磁场分布和齿槽转矩,不同于之前的引入相对磁导函数或复数保角变换方法,而是直接利用边界条件来考虑定子槽的影响。在气隙和槽区域内采用拉普拉斯方程,在永磁体区域采用泊松方程求解,并且认为永磁体的相对磁导率是不为1的常数。通过傅里叶变换和分离变量法得出各部分磁通密度的径向、切向分量。通过转子转动,得出槽口区域磁场变化,同时准确估计该种电机的齿槽转矩和反感电动势。与有限元法计算结果比较,两者吻合很好,肯定了该解析法的计算精度。

中介轴承对双转子振动的影响

在现代航空发动机中,广泛使用双转子加中介轴承的设计方案,以达到减轻发动机重量而提高推重比的目标。这种结构型式使发动机高、低压转子的振动特性具有很强的耦合性,而中介轴承是关键部件,也是薄弱部件。运用解析方法,分析了采用中介轴承的双转子系统振动特性,发现中介轴承刚度的各向异性会产生"重力临界"现象,而机动飞行的惯性载荷会加剧转子的"重力响应"。除此之外,转子不平衡会激起组合频率振动成分。