自消除間隙保護軸承(Auto-eliminating Clearance Auxiliary Bearing,ACAB)是一種能夠在磁懸浮軸承失效后,自動消除轉子與保護軸承之間間隙的裝置,具有可靠性高、壽命長等優(yōu)點。保護軸承需臨時支承高速旋轉的轉子,其支承特性直接影響著“保護軸承-轉子”系統(tǒng)動力學特性。論文針對ACAB的結構不確定因素多、傳統(tǒng)軸承辨識方法僅適合低轉速剛性轉子等關鍵問題,開展了以下幾個方面的研究:首先,針對磁懸浮軸承轉子支承參數(shù)理論辨識方法易受控制系統(tǒng)頻率特性的影響、辨識精度等問題,對基于剛性轉子模型的支承參數(shù)辨識方法進行了研究,推導出了ACAB的支承剛度和阻尼矩陣,并通過仿真分析得出了該參數(shù)辨識方法只適用于轉子轉速遠低于一階臨界轉速工況的結論。其次,針對基于剛性轉子模型的支承參數(shù)辨識方法的局限性,對基于有限元法的支承參數(shù)辨識方法進行了研究,實現(xiàn)了轉子在臨界轉速以上時ACAB支承參數(shù)的辨識。在此基礎上,對基于有有限元法的ACAB支承參數(shù)辨識方法進行了改進,解決了轉子在存在自身殘余不平衡質量時對辨識結果造成影響的問題。然后,對ACAB的動態(tài)支承特性進行了實驗研究。在將轉子自身殘余不平衡質量考慮在內的情況下,使用基于有限元法的支承參數(shù)辨識方法實現(xiàn)了ACAB的支承參數(shù)的實驗辨識,并通過對比不平衡響應數(shù)據(jù)驗證了實驗辨識結果是準確的。最后,根據(jù)ACAB存在非線性接觸的特性,提出了一種通過優(yōu)化接觸剛度因子對ACAB的靜剛度進行辨識的方法。分析了ACAB支承靜剛度與接觸剛度因子的關系,并通過ACAB靜剛度實驗驗證該方法的可行性。結果表明,ACAB的實驗靜剛度值與最優(yōu)接觸剛度因子下的仿真靜剛度值的誤差為3.74%。
【學位單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TH133.3
【部分圖文】：

自消除間隙保護軸承支承特性研究元的剛度矩陣；Qs為梁單元所受到的外部力。磁懸浮軸承系統(tǒng)中的轉子可簡化為 N 段梁，此時根據(jù)有限元理論，可將轉子的總體質量矩陣 M、總體剛度矩陣 K 和總體陀螺為：1 1 1, ,N N Ns s ss s s M M K K G G （.2 基于有限元法的參數(shù)辨識方法理論研究

圖 4.2 ACAB 與轉子安裝的結構簡圖子試驗臺中轉子的主要參數(shù)與表 2.3 一致。在磁懸浮軸承轉要使用示波器、變頻器、數(shù)據(jù)采集卡、信號發(fā)生器等儀器設置和磁懸浮軸承系統(tǒng)中的電流信號；變頻器用來驅動磁懸浮數(shù)據(jù)采集卡負責采集轉子的實時位移信號，并通過計算機上信號和轉速信號。五自由度磁懸浮軸承試驗臺搭建完畢之后，需要對轉子進行懸浮軸承系統(tǒng)中五路的偏置電流，將徑向磁懸浮軸承偏置電偏置電流設置為 0.8A。偏置電流調節(jié)完成后，對磁懸浮軸承標定是將轉子的位移數(shù)據(jù)轉換為電壓數(shù)據(jù)，將轉子的兩個極懸浮在中間位置時的電壓為 2.5V。接著，在控制系統(tǒng)中使用子進行控制，本文采用經典 PID 控制方法，通過參數(shù)的調節(jié)置。實驗中由于控制方法的限制，本章中轉子的最高轉速設定 30000r/min 的轉速下高速穩(wěn)定的旋轉，需要使用信號發(fā)生器入正弦信號，模擬轉子在各轉速下運動狀態(tài)下。通過觀察模

螺紋孔圖 4.4 磁懸浮軸承系統(tǒng)中轉子的不平衡質量安裝位置表 4. 1 不平衡質量參數(shù)質量（kg） 旋轉半徑（mm） 相角（o） 實物質量塊 8.25×10-415 0在高速跌落到 ACAB 上后，可以獲得轉子系統(tǒng)的不平衡響應。磁懸浮軸承的實驗圖如圖 4.5 所示。

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本文編號：2816959