永磁向心轴承承载能力与刚度的计算

目前，尽管磁浮轴承技术的研究与开发应用已经受到国内外学者的广泛重视，但在永磁向心轴承承载能力的研究方面，却还存在着两个尚待解决的问题：一是将环形磁体作为无限长条形磁体处理，二是只能对轴承承载能力进行估算。针对这种情况，根据等效磁荷理论，在圆环状态下对轴向控制的永磁向心轴承的承载能力和刚度进行了研究，建立了永磁向心轴承承载能力数学模型，并对其计算结果作了试验验证，同时还提出了利用刚度系数建立的可供工程设计应用的永磁轴承承载能力和刚度的计算公式。结果表明，承载能力的计算值与实测值相当吻合；在偏心距的实际应用范围内，永磁向心轴承的径向刚度是个常量；内外磁环的轴向位移对磁轴承的承载能力和刚度都有明显的影响．因此，为了最大限度地提高这种轴承的承载能力和刚度，就要在设计其结构的过程中注意尽力保证内外磁环轴向对齐。     

内圈离心位移对高速角接触球轴承刚度的影响

以弹性力学理论、滚动轴承动力学和沟道控制理论为基础,计算了角接触球轴承内圈在离心力作用下的径向位移,给出了计及内圈离心位移影响时,高速角接触球轴承滚动体与内、外圈的接触刚度与轴承整体的径向刚度、轴向刚度、角刚度的计算方法和相应程序。对7012/CD轴承的计算结果表明,轴承内圈外径的离心位移随转速增加而增大,在高速条件下其值较大,不容忽视;轴承内圈离心位移对内圈接触刚度和轴承径向刚度影响较大,导致内圈接触刚度和轴承径向刚度相对增大;对外圈的接触刚度、轴承轴向刚度和角刚度的影响很小;随着转速的增加与内圈离心位移的增大,对轴承内圈接触刚度与轴承径向刚度的影响会更加明显。因此,为使高速角接触球轴承的刚度分析更加精确、更加接近实际,必须考虑内圈离心位移的影响。     

两种典型螺栓连接结构的刚度特性比较研究

针对法兰对接和径向套接两种典型舱段螺栓连接形式,基于有限元静刚度计算、动力学简化建模、冲击响应特性分析及结构冲击试验,系统研究了两种连接形式的轴向刚度特性及其对动力学冲击响应的影响.有限元静刚度分析揭示了法兰对接与径向套接的轴向拉压刚度分别是非对称的和对称的,而法兰对接的平均刚度更大.之后,为两种连接形式建立了统一的动力学模型,证明非对称的轴向拉压刚度导致结构在受到横向载荷作用时会产生附加的耦合轴向振动,并且利用高精度幂函数拟合刚度跳变,得到耦合轴向振动频率是弯曲振动频率的二倍的结论.最后,通过冲击动力学试验证明了法兰对接存在二倍频的耦合轴向振动,而径向套接则不存在该耦合振动.径向套接虽然一阶频率较低,但阻尼效果更好.     

平行圆管空心板双向抗弯刚度的确定

平行圆管空心板横管方向抗弯刚度的取值问题尚未获得圆满解决.本文通过有限元分析,发现横管方向平均应变仍符合平截面假定;提出了两种基于数值解求其等效刚度的方法,即分别用水平位移按刚度定义计算和用竖向挠庹按挠度-刚度关系式计算,两种方法的结果得到了相互印证;继而经拟合得到了横管与顺管两个方向刚度比的经验公式,简单实用.值得指出,本文提出的等效刚度确定方法简便合理,对解决类似问题有重要的借鉴价值.     

凸轮与平底从动件的接触变形与接触刚度计算

将凸轮与平底从动件接触视为二维线性接触,基于无限大半空间模型对从动件的变形量进行了分析,利用圆柱体二维线接触变形的计算方法对凸轮接触变形进行了计算,从而得到了凸轮与平底从动件的接触变形量与接触刚度理论计算公式。利用Palmgren公式和有限元方法对计算公式进行了验证,并分析了接触刚度与凸轮曲率半径、接触力之间的关系,结果表明:接触应力、接触半宽、凸轮接触变形量的理论计算值与有限元计算结果几乎相等,凸轮与从动件的接触变形量之和的理论计算值与有限元计算值相差小于5%;凸轮与平底从动件的接触变形之和、接触刚度都与接触处凸轮的曲率半径无关,而与凸轮与平底从动件间的接触力大小有关。     

民用飞机客舱窗对机身扭转刚度的影响

在民用飞机的设计阶段,需要对整机进行模态分析,而如何准确地得到机身、机翼等主要结构部件的刚度数据就显得尤为重要.工程上一般采用闭室结构的刚度计算方法计算各截面刚度,并在此基础上对某些特殊截面的刚度进行修正.为了能让修正后的结果更加接近实际情况,有必要对客舱窗、登机门以及货舱门等局部开口对截面刚度的影响进行研究.本文借助有限元软件PATRAN/NASTRAN,对机身有限元模型进行加载,根据变形结果反推截面的扭转刚度,并将此得到的扭转刚度与闭室结构的计算结果进行比较.通过比较发现,客舱窗对机身扭转刚度有较明显的影响,为工程计算中的修正提供了参考.     

基于等效刚度的矩形孔蜂窝梁钢框架结构内力计算方法

蜂窝梁钢框架结构因梁截面沿长度周期性变化，不能直接采用普通钢框架结构矩阵位移法计算框架内力和位移．本文基于等效刚度法推导了矩形孔蜂窝梁的等效抗弯刚度、抗剪刚度和轴向刚度，建立了矩形孔蜂窝梁的单元刚度方程，提出了矩形孔蜂窝梁钢框架内力和位移计算方法．算例理论计算结果与有限元分析结果表明，两种方法计算结果非常接近．本文提出的等效刚度法概念清晰，准确性好，适用于计算蜂窝梁钢框架结构的内力和位移．     

动力调谐陀螺仪挠性接头的等刚度设计

本文讨论了动力调谐陀螺仪挠性接头的等刚度设计，导出了双平衡环动调陀螺挠性接头轴向刚度和径向刚度的计算公式。通过分析计算，给出了满足等刚度要求的内、外平衡环接头细颈的有关参数尺寸。     

考虑桥面板空间组合作用的组合空腹夹层板桥刚度研究

针对组合空腹夹层板桥的刚度计算,基于实体单元模型的参数化分析结果,提出了采用刚度放大系数来修正杆系模型结果的实用方法.推导了考虑剪切变形的简支钢空腹梁的等代抗弯刚度,并乘以刚度放大系数来分析混凝土板对结构的影响;与已有试验进行对比,验证壳-实体有限元建模方法的正确性,进一步分析了混凝土板和钢空腹梁截面参数对刚度放大系数...     

电磁轴承系统的刚度阻尼特性分析

分析了电磁轴承系统的刚度阻尼特性与系统结构参数及其控制器频响特性之间的关系。给出了系统控制电流的相位对系统稳定性和刚度阻尼特性的影响。提出了电磁轴承系统的复阻尼概念，以及部分刚度阻尼特性指标的实际意义和计算方法。     

基于永磁体间的磁性负刚度的分析与优化

为了有效地降低磁性负刚度结构的非线性程度,从简单三磁体结构出发,引入新型负刚度结构模型——五磁体对称结构,运用MATLAB建立新型负刚度结构的磁力学模型并应用Ansoft Maxwell进行仿真验证。研究永磁体间的相对位置参数对五磁体对称结构的负刚度曲线走势的影响,在微幅振动下对基于磁引力的负刚度曲线拟合后使用谐波平衡法求解动力学方程。最终得出结论:在给定的条件下,五磁体负刚度结构的负刚度曲线的非线性相较于简单三磁体结构,一定程度上得到了改善,且其隔振性能相较于传统线性隔振系统有了大幅提高,为磁性负刚度结构的负刚度曲线非线性的优化和应用提供了理论上的参考。     

Periodic and Chaotic Motions of a Rotor-Active Magnetic Bearing with Quadratic and Cubic Terms and Time-Varying Stiffness

In this paper, we use the asymptotic perturbation method to investigate nonlinear oscillations and chaotic dynamics in a rotor-active magnetic bearings (AMB) system with 8-pole legs and the time-varying stiffness. The stiffness in the AMB is considered as the time varying in a periodic form. Because of considering the weight of the rotor, the formulation on the electromagnetic force resultants includes the quadratic and cubic nonlinearities. The resulting dimensionless equations of motion for the rotor-AMB system with the time-varying stiffness in the horizontal and vertical directions are a two-degree-of-freedom nonlinear system with quadratic and cubic nonlinearities and parametric excitation. The asymptotic perturbation method is used to obtain the averaged equations in the case of primary parametric resonance and 1/2 subharmonic resonance. It is found that there exist period-3, period-4, period-6, period-7, period-8, quasiperiodic and chaotic modulated amplitude oscillations in the rotor-AMB system with the time-varying stiffness. It is seen from the numerical results that there are the phenomena of the multiple solutions and the soft-spring type and the hardening-spring type in nonlinear frequency-response curves for the rotor-AMB system. The parametric excitation, or the time-varying stiffness produced by the PD controller is considered to be a controlling force which can control the chaotic response in the rotor-AMB system to a period n motion.     

某重型车床横向进给系统传动刚度分析与实验研究

进给伺服系统的性能对数控机床的跟踪及定位精度、加工表面质量等有着重要的作用。针对某重型车床的横向进给系统,综合考虑了轴的扭转刚度、齿轮的啮合刚度、丝杠螺母副接触刚度和丝杠支承轴承的轴向刚度等因素,建立了等效单自由度力学模型,分析刚度因素对工作台输出行为的影响。通过仿真计算分析了中间传动链各个刚度环节对工作台综合刚度的贡献量,找出了传动链的刚度薄弱环节。现场实验测试了工作台不同进给位置下的临界爬行速度,得到了临界爬行速度与丝杠的轴向刚度的关系,理论分析与实验结果相吻合。所得结论为该重型车床横向进给系统的优化设计提供了理论支持。     

Reduction of subsynchronous vibrations in a single-disk rotor using an active magnetic damper

Rotor instabilities in turbomachinery often manifest themselves as a re-excitation of the first rotor critical speed resulting in lateral rotor vibrations at a frequency below the rotor operating frequency. Considerable work exists in the literature involving the analysis of destabilizing mechanisms and passive solutions for reducing subsynchronous vibrations. The authors propose here a novel active control solution utilizing active magnetic bearing (AMB) technology in conjunction with conventional support bearings. The AMB is utilized as an active magnetic damper (AMD) at rotor locations inboard of conventional support bearings. Presented here are initial proof-of-concept experimental results using an AMD for vibration control of subsynchronous rotor vibrations in a high-speed single-disk laboratory rotor. The study shows that subsynchronous vibrations are reducible with an AMD and up to a 93% reduction in the amplitude of subsynchronous vibrations is demonstrated. The study also shows that the AMD can significantly increase synchronous vibration response (up to 218% in one case) by increasing system stiffness and pushing a critical speed closer to an operating speed. The overall results from this work demonstrate that reduction in subsynchronous response is feasible and that full rotor dynamic analysis and design is critical for the successful application of this approach.     

推力主动磁轴承的动特性参数辨识

针对五自由度刚性非对称磁轴承 -转子系统 ,建立了系统动力学模型 ,在此基础上推导出系统动特性参数辨识公式 ,并用多频电流激励法辨识出参数 .与理论计算结果相比表明 :系统所建模型符合实际 ,辨识方法有效 ;径向轴承在 x和 y方向上的力 -刚度和力 -电流系数相同 ,与推力轴承对应系数相比稍大 ;推力轴承对转子横向振动产生的耦合效应明显影响系统的稳定性 ,在设计系统时必须加以考虑     

考虑节点损伤的钢框架结构分析模型

钢框架结构在强震作用下将进入非线性状态,结构的刚度和强度等力学性能随之降低,从而影响到结构以后的抗震性能.本文利用断裂力学的基本原理,通过对栓焊节点存在焊缝裂纹的钢框架刚性连接节点的分析,推导了裂纹的有效长度和有效深度,获得了有损伤刚性连接节点的M-θ关系;并推导了节点有损伤的梁单元刚度矩阵.在数值计算的基础上分析了节点刚度变化对框架结构内力的影响,结果表明节点损伤对结构内力分析影响显著,对有损伤钢框架结构进行承载力评估时必须考虑节点损伤的影响.     

箔片-电磁混合轴承的稳态承载特性及控制

箔片-电磁混合轴承(HFMB)是一种将气体箔片轴承和电磁轴承混合使用的新型轴承,有效解决了气体箔片轴承低速磨损大和电磁轴承承载力有限的不足,并且具备载荷可分配和支撑系统动力学性能可调节等优点.文中在分析两种轴承稳态承载特性的基础上详细讨论了混合轴承的稳态控制方法,给出了一种以电磁轴承实际承载力与预分配承载力差值最小为控制目标,通过等边三角形为基本单元对混合轴承工作区域进行划分的箔片-电磁混合轴承稳态工作位置搜索算法.最后建立了系统模型并进行了数值仿真,验证了稳态控制系统的可行性和有效性.     

Dynamics of an AMB-rotor with time varying stiffness and mixed excitations

A rotor- active magnetic bearing (AMB) system with a periodically time-varying stiffness subjected to multi- external, -parametric and -tuned excitations is studied and solved. The method of multiple scales is applied to analyze the response of the two modes of the system near the simultaneous sub-harmonic, super-harmonic and combined resonance case. The stability of the steady state solution near this resonance case is determined and studied applying Lyapunov’s first method. Also, the system exhibits many typical nonlinear behaviors including multi-valued solutions, jump phenomenon, softening nonlinearities. The effects of the different parameters on the steady state solutions are investigated and discussed. Simulation results are achieved using MATLAB 7.0 program.