箔片非线性结构刚度对转子瞬态冲击的影响

弹性箔片轴承支承的转子在高速旋转时,转子可能会和轴承发生碰摩。为了揭示当转子采用不同结构刚度箔片支承时,该冲击对转子振动的影响机理,针对2个径向GFBs支承的刚性转子系统模型,应用龙格库塔法求解转子动力学状态方程,获得3种结构刚度箔片(均匀刚度箔片、软箔片、硬箔片)下的轴颈位移。推导出箔片轴承的等效刚度和等效阻尼系数,发现当轴颈无涡动时,箔片轴承的等效刚度正好是气膜刚度和箔片结构刚度的串联;而当轴颈有涡动时,箔片轴承的等效刚度和等效阻尼均是结构刚度、结构阻尼和涡动频率的函数,且当轴颈涡动频率趋于无穷大时,上述等效刚度和等效阻尼趋于无涡动时的值。计算表明,当采用恒定刚度箔片时,转子稳态振幅最小,但是瞬态响应时间较长;当采用非线性软箔片时,转子稳态振幅最大,但是瞬态响应时间最短。当增大非线性箔片的结构刚度时,转子稳态振幅会减小,瞬态响应时间会增加。因此,箔片的设计需要辅以轴承-转子动力学特性的考量,以获得箔片结构刚度和结构阻尼的合理匹配。     

磁力配重型在线自动平衡头的作动原理研究

从转子在线自动动平衡的基本原理入手,提出了自动平衡头的质量块运动方案。基于电磁-永磁混合驱动思想,设计了以环形通电线圈和稀土永磁材料为激励的平衡头磁路结构。介绍了平衡头作动过程,基于此给出了阶跃型驱动电压波形。针对170MD12Y16高速磨削电主轴,设计了平衡头具体结构,通过有限元电磁场仿真,确定了合适的线圈安匝数和磁阻调整环厚度;通过驱动试验,验证了仿真结果的正确性并确定了合适的电压及其持续时间。研究结果表明,当安匝数为1kA、磁阻调整环厚度为0.2mm、驱动电压为12.4V且占与空时间均为120ms时,平衡头运转平稳。     

转子单平面自适应平衡控制仿真及电主轴平衡试验

为了实现旋转机械的智能动平衡,提出了一种转子单平面在线自适应主动平衡方法。从传统的影响系数法出发,先后引入增益因子和遗忘因子,建立了固定参数的转子自适应主动平衡控制算法模型,分析了控制模型的稳定条件。采用数值仿真,对增益因子和遗忘因子对转子自适应主动平衡控制过程的影响规律进行量化研究,获得了转子单平面在线自适应主动平衡控制算法的收敛性和稳定性变化规律。建立了高速电主轴自适应电磁主动平衡试验台,开展了转速3 300 r·min-1下转子单平面自适应主动平衡试验。结果表明:增大增益因子可以加快主动平衡过程的收敛速度,减小增益因子可以提高平衡过程的稳定性,准确的影响系数估计可以放宽对遗忘因子取值的要求,试验和理论仿真的规律是一致的,证明所提出的转子自适应主动平衡控制算法是正确的。     

转子自适应主动平衡算法及电磁平衡头单盘平衡试验

为了实现转子不停机平衡,研究了一种自适应主动平衡算法。基于单平面影响系数平衡方程,通过引入增益因子提高平衡迭代过程稳定性,并引入遗忘因子实现影响系数在线估计,构建了单平面在线自适应平衡算法的数学模型。为验证所提出的平衡算法的有效性,设计了一种含有永磁体的电磁圆环形主动平衡头,通过线圈电磁场与永磁体间的磁力作用驱动配重盘步进转动,依靠磁阻最小原理自锁。针对所设计的电磁平衡头,提出了一种单盘转动平衡策略,对平衡补偿量相位进行了校正。开展了不同不平衡量和转速下电主轴主动平衡试验,获得了平衡过程的时域波形、振幅下降率、平衡步数和配重盘终位置。试验结果表明:不平衡量为24.59g·cm∠180°时振幅降低42.65%,不平衡量为24.59g·cm∠285°时振幅降低37.8%;转速为2 400r·min~(-1)时振幅降低40%,转速为3 000r·min~(-1)时振幅降低60%。研究结果证明了所提出的平衡算法和装置是可行、有效的。     

一种电磁式动平衡头励磁线圈驱动电路

分析了电磁式动平衡头励磁线圈的工作特点,提出了一种"BUCK调压+H桥调相"复合式励磁线圈驱动电路。BUCK调压电路产生幅值可变电压,H桥调相电路在励磁线圈中产生间断的、方向交错的电流。调压和调相结合,满足励磁线圈初始电磁力大、电磁力方向交错变化的特殊要求。仿真及实验验证了驱动电路的有效性,该电路在实际的电磁式动平衡系统中得到了很好的应用,具有工作稳定、通用性强的特点。