柔性转子弹性对行波旋转超声电机接触特性的影响

转/定子间动态接触过程决定行波旋转超声电机(TRUM)的输出性能,但是柔性转子弹性在以往界面接触特性研究中常被忽略.本文中基于建立的考虑柔性转子和摩擦层三维弹性的转-定子动力学耦合模型,从接触界面的接触状态、速度、接触应力、摩擦应力驱动和阻碍子区等空间分布角度,研究了柔性转子弹性对TRUM摩擦界面的动态接触行为和摩擦损耗的影响.结果表明:柔性转子在轴向、径向和切向均呈现出一定的振动速度,且在接触界面沿圆周方向与定子各向速度形成一定的相位关系,显著影响界面动态接触特性、摩擦特性和摩擦损耗;柔性转子与定子轴向位移分布的相位一致性表明,定子与摩擦层的接触界面具有类齿轮啮合机制;与以往中间驱动两端阻碍的分布结果不同,考虑转/定子动力学耦合的接触区摩擦应力分布为一端驱动和一端阻碍的新机制.计算结果表明在建模过程中忽略柔性转子弹性得到的界面摩擦损耗要比考虑柔性转子弹性获得的摩擦损耗大得多,主要原因:(1)柔性转子径向刚度小,摩擦力作用下接触区的运动方向与定子相同,从而减小了径向速度差和径向摩擦损耗;(2)柔性转子界面的切向振动特性,改变了接触界面黏-滑子区分布,使得行波远离端的摩擦应力阻碍子区消失,且摩擦层界面切向剪切变形长度增大,从而减小了切向滑动和摩擦损耗.研究结果将有助于更好地理解TRUM中的动态接触特性,并指导摩擦界面的设计.

基于刚性转子模型辅助线性自抗扰的电磁轴承-柔性转子系统过二阶弯曲临界转速振动控制

为了使支承在电磁轴承(active magnetic bearing,AMB)上的柔性转子系统以较小的振动跨越其2阶弯曲临界转速,首先建立柔性转子的状态空间模型和刚性转子的传递函数模型,得到所需刚性转子模型的参数;然后设计刚性转子模型辅助的线性自抗扰控制器;其次从增益、带宽和内置模型信息等方面分析自抗扰控制器的性能和模型辅助信息的有效性,用特征值轨迹的方法研究多输入多输出(multi-input and multi-output,MIMO)闭环柔性转子系统的稳定性;最后在一个AMB–多盘柔性转子试验台上进行试验研究。结果表明,所设计的刚性转子模型辅助线性自抗扰控制器能有效抑制柔性转子跨越2阶弯曲临界转速区的振动,改善传统自抗扰控制器的低频性能,降低噪声灵敏度。

主动电磁轴承-柔性转子系统的不同位效应

在电磁轴承支承的柔性转子系统中,由于结构的限制,位移传感器无法安装在电磁轴承的中心位置,因而产生了传感器中心位置与电磁轴承中心位置的不同位问题。电磁轴承和位移传感器的不同位不仅会影响转子系统的振动控制性能,还会导致控制系统失稳。应用有限元法建立了电磁轴承-柔性转子系统的动力学模型;从转子系统动力学特性、开环传递函数的零极点、频率响应曲线以及根轨迹等四个角度分析了不同位对电磁轴承-柔性转子系统动力学特性的影响;用多输入多输出的状态方程确定了不稳定模态特征值的具体位置,提出了减小控制器增益和插入式自适应陷波器等抑制不稳定弯曲模态的方法;在电磁轴承-柔性转子试验台上进行了试验。仿真和试验结果表明:不同位效应会通过影响模态信号的衰减而影响转子系统的稳定性,所提出的方法可在一定程度上抑制不同位导致的弯曲模态的不稳定。

主动电磁轴承–柔性转子系统过多个临界转速区的同频振动抑制

为了对电磁轴承(active magnetic bearings,AMBs)–柔性转子系统在多阶弯曲临界转速范围内的同频不平衡振动行有效控制,首先建立AMBs–柔性转子系统的动力学模型,分析线性自抗扰控制器和相位偏移最小均方(least mean square,LMS)算法。然后,提出一种基于相位偏移LMS的扰动跟踪补偿方法,并将相位偏移LMS算法用在同频扰动的跟踪中,以解决扩展状态观测器不能准确估计高频同频不平衡扰动的问题。接着,从补偿方法、补偿有效性和闭环系统稳定性等方面分析相位偏移LMS的补偿特性。最后,在AMBs–多盘柔性转子系统试验台上进行试验。结果表明,所提出的基于相位偏移LMS扰动补偿策略无需切换极性和相位,就能够有效地抑制柔性转子在跨越系统的刚体平动、刚体锥动、一阶弯曲和二阶弯曲临界转速区的同频不平衡振动,使转子系统在高于二阶弯曲临界转速的转速区稳定工作。

主动电磁轴承-柔性转子系统振动位移的高精度跟踪和估计方法

工作在弯曲临界转速区的主动电磁轴承(AMBs)-柔性转子系统不能通过简单的几何关系从传感器位置的转子振动得到转子上目标位置的振动。为了实现转子系统的振动位移跟踪和估计,针对Luenberger状态观测器的观测滞后和观测器匹配条件难以满足等问题,基于二阶导数构建辅助输出,提出一种未知输入观测器(UIO)的柔性转子振动位移的高精度跟踪和估计方法。首先建立AMBs-柔性转子系统的动力学模型,阐述了Luenberger状态观测器获取转子系统振动位移的方法和滞后的不足;然后推导了基于二阶导数构建辅助输出的UIO,通过跟踪特性对比分析了UIO的优点,研究了模态可观性问题;最后在AMB-多盘柔性转子系统上进行了仿真和试验验证。结果表明,所提出的UIO能在0~6000 r/min包括刚体和一阶弯曲临界转速的全转速范围内准确地跟踪系统输出信号,并可高精度地估计转子在目标位置的振动位移。

柔性转子振动测量与动平衡系统设计研究

随着工业产品精度要求的提高,对于旋转机械的精度要求提高,如何减小转子的振动成为一个重要的研究方向。本文针对柔性转子的振动问题,采用影响系数法对转子进行动平衡处理,从而减小甚至消除不平衡量,结合传感器测量技术与信号处理技术,基于LabVIEW软件设计开发了一套柔性转子振动测量与动平衡系统。通过动平衡实验验证本文设计的柔性转子振动测量与动平衡系统具有较高的可靠性。

应用模态分析及傅里叶变换的柔性转子无试重动平衡方法

针对旋转机械不平衡导致的振动问题,提出一种的柔性转子现场动平衡方法。其通过有限元理论建立转子系统动力学模型,并将系统运动微分方程按模态振型展开,利用FFT及IFFT变换,获取频域下不平衡载荷谱,最终识别转子不平衡状态。仿真和试验结果均表明,该方法仅需在低于临界转速的状态下采集振动响应数据,并且无需停机试重,就能准确识别转子不平衡状态,添加配重后可使转子各阶不平衡振动得到有效抑制。

基于有限元法的柔性转子虚拟动平衡研究

为了有效地降低回转机械由于质量不平衡引起的振动故障 ,基于转子动力学理论和有限元数值分析方法 ,进行了柔性转子系统虚拟动平衡研究。提出了若干种降低系统振动的平衡方案 ,并分别对平衡结果进行了有限元数值仿真 ,以寻找最优的平衡方案。实验验证了虚拟动平衡提出的最优平衡方案 ,该方法可最大限度地降低旋转机械系统实际动平衡过程的启动试机次数。

基于影响系数法的柔性转子无试重平衡法研究

针对目前转子动平衡技术需多次试重起车的不足 ,研究了柔性转子在无试重起车情况下进行动平衡的理论和方法 .无试重平衡法采用了影响系数法的平衡目标和优化思想 ,通过转子在选定测点及转速上不平衡响应的理论计算及原始不平衡振动量的实际测量 ,利用遗传算法进行配重的优化搜索 ,使转子在选定测点及转速上的残余振动量达到最小 .动平衡实例表明 ,无试重平衡法能有效地降低转子残余不平衡振动量 ,在转子现场动平衡中有广阔的应用前景 .

细长柔性转子高速动平衡方法

提出了一种通过平衡辅助工装——平衡卡箍来进行细长柔性转子高速动平衡的新工艺方法。按照设计准则设计加工了一组精密平衡卡箍并用有限元法进行了强度校核,卡箍的验证考核试验在两个模拟轴上完成,结果表明:卡箍的平衡性能良好,对模拟轴的临界转速和振动特性的影响甚微,在此基础上完成了装机动力涡轮转子的高速动平衡试验,效果良好。

非线性接触下磁悬浮电机柔性转子系统模态分析

针对磁悬浮电机转子系统模态分析误差较大的问题,提出考虑转子组件间的非线性接触行为,基于罚函数方法通过修正优化接触刚度因子实现对电机柔性转子系统模态的精确分析。通过建立弹性支承转子–轴承系统有限元分析模型,得到了在不同的支承刚度下转子系统前10阶固有频率的仿真值及变化规律。进行模态测试实验验证,结果表明仿真分析和测试值吻合较好,并对加动平衡环后的转子系统进行固有频率的仿真,其结果的准确性在试验样机穿越临界转速时得到了验证。

航空发动机高速柔性转子动力特性计算

用SAMCEF/ROTOR分析软件建立了某新型涡轴发动机动力涡轮转子的有限元计算模型,并对转子的动力特性——临界转速、振型和不平衡响应进行了系统的计算分析,试验验证了计算模型的正确性。本文的研究为同类转子的动力特性计算提供了参考。

柔性转子系统轮盘外缘定点碰摩动力学特性分析

该文以一个单跨双盘柔性转子系统为研究对象,建立转子系统的有限元模型。基于接触动力学理论,将转子和定子简化为一个点点接触单元,二者通过碰摩力进行耦合,采用增广的拉格朗日方法来处理接触约束条件,采用库仑摩擦模型来模拟转定子之间的摩擦。研究了不同转速对定点碰摩转子系统动力学特性的影响,并与实验结果进行了定性验证。研究结果表明,随转速升高系统出现了不同的运动形式,如周期1、周期2、周期3和周期4。

非对称柔性转子系统的动力特性分析

从一个受非线性油膜力作用的非对称柔性转子模型出发 ,以短轴承支撑的非对称柔性转子 -轴承 -基础系统为研究对象 ,考虑了转子和基础刚度的各向异性 ,并采用由三个函数确定的非稳态油膜力的解析表达式 ,运用数值积分的方法 ,研究了系统参数对系统的稳定性和分叉特性的影响 ,结果表明可以通过调整转子和基础刚度的各向异性系数来提高转子系统的稳定性。

遗传算法在柔性转子动平衡中的应用

现行的柔性转子动平衡技术离不开多次添加试重和起车 ,通常的无试重平衡法存在着过多的假设和对轴承先验知识的依赖 ,限制了其在工厂中的应用。通过建立以轴承参数和不平衡量为输入、轴承处振动响应为输出的系统模型 ,利用遗传算法逆向求解出不平衡量。藉此 ,亦可大致了解旋转机械处于运行状态时轴承的参数和工作状态。

一种弹性支撑柔性转子模态动平衡方法

针对目前模态平衡法难以高效平衡支承在弹性支承上的柔性转子,提出一种考虑弹性支承影响的柔性转子模态动平衡方法,建立转子的有限元模型,搭建转子试验平台,计算并实测临界转速与振型,进而借助动平衡测试系统进行模态动平衡。结果表明：临界转速计算与实测的相对误差仅为0.36%,一阶计算振型与实测振型的模态置信度为0.990 6。考虑弹性支撑的柔性转子模态动平衡方法合理,算法正确,在保证全正交平衡的前提下能够减少试重的个数。左弹支与右刚支的计算支承刚度组合符合转子结构的实际情况,减振百分比CH1～CH3高达80%以上,CH4可达38%,总体减振效果明显,具有一定的工程应用前景,可为航空发动机柔性转子动平衡试验提供技术参考。

含柔性转子的齿轮-轴承系统动态特性分析

为了分析齿轮系统动力学中的全耦合振动,提出采用虚拟样机建模的方法,将柔性转子引入到啮合耦合系统中,考虑齿轮时变啮合刚度、齿侧间隙和轴承间隙的影响,建立齿轮-柔性转子-轴承系统虚拟样机模型,通过求解模型的动力学方程得到系统的非线性动力学响应。仿真结果表明:考虑柔性转子的耦合系统,啮合冲击峰值下降明显;转子柔性增加,齿轮低频扭转振动出现"拍"现象;高速轻载时啮合振动非线性特性增强;轴承间隙增大使啮合力振动幅值显著增大。

考虑多间隙的齿轮柔性转子耦合系统非线性动力学分析

考虑齿侧间隙、轴承径向间隙,推导时变啮合刚度和时变轴承刚度,使用有限元法建立质量、刚度、阻尼矩阵并使用整体法组装,建立能够适用于复杂载荷的齿轮滚动轴承柔性转子系统非线性动力学模型。使用FPA修正法确定求解周期,采用Runge-Kutta法、Newton-Raphson法对非线性动力学方程组求解,求解最大Lyapunov指数判断系统的动力学行为。对动力学方程进行数值仿真,研究转速、齿侧间隙、转轴刚度、轴承径向间隙等参数对非线性动力学行为的影响。研究结果表明,随着齿侧间隙增大,齿轮系统会出现脱齿和挤齿现象,临界转速附近由拟周期运动进入混沌运动。随着转轴刚度降低,弯扭耦合振动临界转速减小,脱齿、挤齿和冲击现象逐渐减轻。随着径向间隙增大,轴承的非线性振动对系统的影响逐渐增大,轴承变刚度激励的幅值增大。

主动磁悬浮轴承–柔性转子的研究和发展综述

随着磁轴承技术的发展,转子转速越来越高,随之而来的稳定性问题日益突出。磁悬浮轴承柔性转子动力学研究成为目前专家学者的研究重点。该文综述磁悬浮轴承–柔性转子的稳定控制理论及过程,包括分析方法及优化方法,同频振动、倍频振动,并提出磁悬浮轴承–柔性转子动力学研究的发展趋势和关键问题,为磁悬浮轴承–柔性转子动力学研究提供参考。

磁悬浮电动机柔性转子振动控制与试验研究

针对磁悬浮电动机柔性转子穿越一阶弯曲临界转速所面临的问题,提出综合多种控制器于一体的振动控制方法。为保证控制器设计的准确度,采用在线扫频技术验证磁轴承系统各环节建模的正确性。基于不完全微分PID控制器,设计固定中心频率的陷波器抑制转子二阶弯曲模态。根据等效控制系统的阻尼特性,设计相位补偿器增加转子在一阶弯曲模态共振点附近的正阻尼,抑制转子一阶弯曲模态。考虑到转子存在较大的二阶柔性不平衡质量,根据最小电流控制准则,在转子穿越一阶弯曲临界转速之后启用同频陷波器,消除功放同频电流,避免磁轴承控制量过大造成功放电压饱和。试验结果表明,所设计的综合控制器有效抑制了转子的一阶和二阶弯曲模态,且转子在一阶弯曲模态处的最大位移振幅仅为轴承单边保护间隙的5%;最终转子成功穿越一阶弯曲临界转速,并稳定运行在转速34 000 r/min。