磁力軸承支承剛度的實驗測量方法研究.pdf

1、磁力軸承是基于反饋控制原理利用電磁力將被支承件穩(wěn)定懸浮在空間的一種高性能軸承。它具有無摩擦、無磨損、高精度、剛度阻尼可控可調(diào)等許多傳統(tǒng)軸承無法比擬的優(yōu)點，適用于各種高速或超高速、真空等特殊環(huán)境場合。國外已將磁力軸承成功應用于軍事工業(yè)、真空超凈環(huán)境、高速機床、石油和天然氣工業(yè)等領域，國內(nèi)磁力軸承的研究整體上還處于實驗研究階段。
　　 究其原因在于磁力軸承轉子系統(tǒng)高速運轉時其動態(tài)特性成為制約這一技術應用的關鍵問題，而分析研究磁力軸承

2、轉子系統(tǒng)特性的困難在于磁力軸承支承剛度阻尼的確定。磁力軸承的剛度是反映磁力軸承性能特性的重要參數(shù)，對其進行理論研究和實驗測量是磁力軸承研究的基礎工作。因為磁力軸承的剛度不僅與磁力軸承的結構有關，而且還與控制系統(tǒng)有關，現(xiàn)階段還沒有一套完整的磁力軸承剛度計算理論，即使是理論計算的剛度值也還需要通過實驗驗證，因此磁力軸承剛度的實驗測量就顯得格外重要。本文重點研究磁力軸承剛度的實驗測量方法，主要做了以下幾方面工作。
　　 結合有關磁力軸

3、承剛度的國內(nèi)外大量文獻，發(fā)現(xiàn)對磁力軸承的剛度定義沒有統(tǒng)一的表述，大致有兩種定義方式。其一是從電磁力變化角度描述其剛度；其二是沿襲了傳統(tǒng)軸承的剛度定義，從外載力角度描述其剛度。
　　 分析了非線性、控制系統(tǒng)、控制參數(shù)、外界干擾等因素對磁力軸承系統(tǒng)剛度的影響。
　　 以單自由度磁力軸承系統(tǒng)為分析對象，結合兩種不同的剛度定義，分別推導出電磁力與位移之間的傳遞函數(shù)以及外界干擾力與位移之間的傳遞函數(shù)，并結合對轉子的受力分析證明了兩

4、種剛度定義之間的不一致性。由于研究磁力軸承的剛度主要是為了研究磁力軸承的動態(tài)特性，它更多關注的是在外力作用下的位移，因此本文傾向于采用第二種剛度定義。
　　 結合磁力軸承系統(tǒng)中轉子在靜態(tài)懸浮、剛性旋轉和柔性旋轉三種不同的工作狀態(tài)，針對這三種狀態(tài)分別對實驗測得的電磁力以及位移傳感器測得的位移信號進行了分析，推導出基于兩種剛度定義下的轉子在不同工作狀態(tài)時的剛度計算公式。
　　 以兩自由度磁力軸承系統(tǒng)為研究對象，給出基于磁力軸