磁流体轴承的磁场与润滑特性分析研究

针对电机轴承高速化载荷高的需求以及磁流体轴承具有的自润滑密封、可靠性高、高速、低摩擦润滑等一系列优点,对磁流体轴承在不同条件下的性能开展了研究。首先从理论上推导了磁流体粘度的相关公式,通过采用Matlab软件在外加磁场的条件下,对磁流体的粘度进行了修正,并给出了磁流体轴承润滑的粘温、粘压特性。其次,采用有限元分析方法设计了外加磁场,并对轴承内部的磁场分布进行了分析。研究结果表明,在外加磁场的作用下,磁流体轴承润滑的粘度发生变化,同时,相较于传统普通轴承,磁流体轴承的承载能力得到提高,能在高温、高速的工况下工作。     

磁流体动压密封的磁场发生器设计及性能研究

磁流体黏度可随外部磁场强度发生变化,故可将其作为非接触式机械密封端面的润滑介质,通过改变外部磁场强度来实现磁流体膜动压性能的控制。为提高磁流体动压机械密封的密封性能,设计一种磁场发生器,该磁场发生器可通过改变电流来调节磁流体膜的黏度,从而产生不同的动压,实现对流体膜动压效应的控制。采用数值分析的方法,对由动环、静环、磁流体膜及磁场发生器组成的导磁结构的磁场进行分析,获得导磁结构中磁力线、磁场强度、磁感应强度分布规律。研究发现,导磁结构中的磁力线几乎全部穿过密封环端面,该处的磁场强度达到最高水平;磁力线在垂直于密封端面方向上有一定的磁场梯度,且磁流体膜中的磁场强度与磁场发生器的电流强度成正比。     

磁流体密封的磁场分析

讨论了铁磁流体的密封机理及ANSYS软件的特点，并给出使用有限元分析软件ANSYS计算磁场的方法，结合该软件解算了矩齿型密封装置的磁场分布，通过对计算结果的分析探讨了铁磁流体密封的一些特点。     

水基磁流体润滑轴承液膜承载特性分析

以磁流体轴承为研究对象,基于考虑磁场效应的数学模型,采用有限差分法离散求解二维修正的雷诺方程,并运用逐点松弛迭代法进行数值求解,得出轴承液膜厚度和压力分布,继而分析液膜承载力随着不同工作参数的变化规律。结果表明:磁流体轴承液膜压力分布呈现出对称性、非线性;随着磁彻体力系数的增大,液膜各点压力均有所增加,同时空穴区域缩小;液膜承载力随着磁彻体力系数、转速、偏心率以及宽径比的增加而增大,随着半径间隙的增大,液膜承载力减小。     

磁场作用下磁流体粘度特性的研究

采用自制的试验设备研究了磁流体的粘度与外加磁场及温度的关系。结果表明：磁流体的粘度随温度的增加而减小;当环境温度一定时,在磁场的作用下磁流体的粘度会增加,粘度的大小与磁场作用的时间有关;磁场作用达到一定时间后,磁流体的粘度达到稳定;随着磁场的增加,磁流体的粘度增加,当磁场达到一定强度后粘度不再增加。     

轧机轴承润滑油膜温度场有限元分析

在油膜轴承试验台的基础上,建立油膜轴承油膜的有限元模型,利用大型有限元分析软件ANSYS CFX分析其120°包角的温度场分布,并分析油膜在不同区域温度的变化规律。为了减小计算量并提高计算精度,使用1/2油膜的有限元模型。结果表明:油膜的最高温度不是出现在最小油膜厚度处,而是出现在最小油膜厚度以后,对于120°包角的模型来说,最高温度出现在出口;转速对油膜的温升影响很大,转速越高,温升梯度越大;改变进口压力对油膜的温度与润滑油的黏度基本没有影响。     

磁场中磁流体粘度测试系统的实现

介绍了一种磁流体粘度测试系统，可用于研究磁流体动密封磁场对磁流体粘度的影响。在该系统中驱动外筒的电机转速的变化与填充在固定内筒和外筒之间的磁流体粘度成反比，而模拟磁流体动密封运行工况的磁路则提供了定量的可变的外磁场，另外基于外推法的温度测量方案可精确地对测试时的温度进行控制，最后使用标准液体标定的结果表明其相对误差小于0．83%。     

磁流体研磨装置中磁场加工区的设计

针对特定的加工要求 ,设计磁流体研磨装置中磁场加工区的重要参数 ,并分析验算设计的合理性     

径向磁力轴承磁极布置对磁场和磁力的影响

使用有限元方法对8极径向磁力轴承的磁场进行了建模,计算了气隙磁通密度和磁力,对比分析了在转子不同的偏心情况下两种磁极布置形式(NSNS交替磁极布置和NNSS成对磁极布置)的磁力轴承的气隙磁通密度和磁力,并通过实验测试验证了有限元磁场建模和计算的准确性.结果表明,在同样大小的电流激励下,NSNS布置比NNSS布置的气隙磁通密度大,偏心时产生的磁力也较大,适合小尺寸的磁力轴承,而NSNS布置磁极之间的磁耦合比NNSS布置形式强,增加了控制系统的复杂性.研究结论对磁力轴承的结构设计和控制系统设计具有一定的指导意义.     

基于ANSYS的径向磁力轴承电磁场分析

介绍了应用ANSYS有限元分析程序,对径向磁力轴承电磁场进行仿真与计算的过程,得出了径向磁力轴承磁力线、磁感应强度、电磁力等在整个计算场域中的分布,并据此分析得到径向磁力轴承电磁场的几个特点,为径向磁力轴承的结构优化和控制系统的设计提供了依据。     

一种永磁偏置磁轴承容错方法的试验研究

磁轴承控制系统的结构复杂,单个磁轴承控制通道的损坏都会导致磁轴承系统整体失效,其可靠性问题成为制约其应用于要求严格场合的瓶颈问题.为提高磁轴承系统的可靠性,提出一种采用电流分配阵的容错控制方法.该方法针对一种采用Homopolar磁极结构的永磁偏置径向磁轴承的磁悬浮飞轮,通过磁路分析和力不变原理,求解一路线圈或相应功放系统故障情况与正常工作情况下的控制电流关系,进而得到故障情况下的电流分配矩阵.该方法具有原理简单、易于工程实现的特点.试验结果表明:该方法能够在磁轴承线圈(功放)损坏的情况下实现磁悬浮飞轮的静态悬浮和升速,实现了磁轴承线圈(功放)系统的容错控制,提高了磁悬浮飞轮磁轴承系统的可靠性.     

油膜轴承圆弧结合界面应力特性仿真与试验

基于厚壁圆筒理论和Hertz接触理论,建立了“过渡区”合应力和界面应力峰值计算模型,并得到了其函数解析式,通过数值仿真揭示了圆弧结合界面处的应力特性。仿真结果表明：轴向应力呈现U形分布,两端应力较大,中间比较平稳;周向应力值在承载区与非承载区的交界处变化较大,应力突变明显;对比解析计算值与仿真模拟值可知,圆弧结合面的误差均值小于“过渡区”误差均值,且均小于5%。试验测试结果表明:圆弧结合界面下的试验测试值与仿真模拟值的误差值均小于2%,试验结果与模拟结果相符,说明解析与仿真两种方法是有效可行的。研究结果可为界面结合强度理论计算及试验验证提供参考,并对油膜轴承的使用维护提出了改进建议。     

轴承油膜力与特征压力关系曲线的研究

由特征压力识别轴承油膜合力,需要它们之间的关系曲线(WP曲线)。本文以实际机组椭圆轴承为例,研究了轴承主要几何、运行参数对WP曲线的影响,主要结论:轴承进油温度对关系曲线影响较小,间隙比对关系曲线的影响也不大;而椭圆度对关系曲线的影响很大,是影响油膜力识别精度的关键参数;椭圆度在机器长期运行过程中的时变特性必须在油膜力识别中加以考虑,为此本文建议了一种办法制作反映椭圆度时变影响的WP曲线。研究结果为油膜力识别技术的工程应用奠定了更坚实的理论基础。     

数字控制的电磁轴承系统的研究

本文介绍了电磁轴承系统的数字控制器的组成及基本工作原理,建立了数字控制器的等效传递函数。对数控电磁轴承系统进行了起浮仿真及频域分析。在此基础上选取了控制器参数并进行了实验,实现了１６ｋｇ水平转子的稳定起浮和高速旋转,转速超过１２,０００ｒ／ｍｉｎ。     

基于等效磁荷法用蒙特卡洛法计算永磁轴承磁力

磁力计算是永磁轴承参数设计的重要环节,磁力解析模型可以通过等效磁荷法来建立,但等效磁荷法的解析模型中存在四重积分,传统方法在计算四重积分时周期长,甚至不能获得解析解。文中通过蒙特卡洛法来近似求解四重积分,简化了磁力求解过程。通过与有限元数值解法的比较表明,该方法的计算误差在5%以内,满足工程应用的需要。     

磁悬浮轴承磁路结构分析与数学模型建立方法

介绍了磁悬浮轴承系统构成和工作原理,从控制电流的性质、受控自由度数、悬浮力产生方式、作用力方式、磁极布置形式等方面对磁悬浮轴承进行了比较与分析,给出了基于等效磁路法的磁悬浮轴承悬浮力数学模型建立方法和步骤,为该类轴承磁路结构设计和建立数学模型提供了参考。     

电磁轴承的主动控制研究

鉴于磁力轴承本质上是不稳定的，因而引入闭环主动控制后的主动型电磁轴承（简称电磁轴承），就成为人们关注和研究的重点．本文在介绍电磁轴承工作原理的基础上分析和给出了单自由度磁悬浮系统的数学模型及相应的闭环控制方块图．结合一个设计实例，给出了确定控制器参数的稳定范围的方法，并讨论了控制器参数对电磁轴承系统动态参数的影响等．     

数字控制的有源磁悬浮轴承的实验研究

介绍了中等尺度的数控有源磁悬浮轴承试验台的组成,着重论述了研制的数字控制器的先进配置及其工作原理。实验表明：在磁轴承线圈匝多的情况下,提高功放电压能改善功放频响和增大控制功率,对提高系统性能和高速运转可起到重大的作用。在数字控制下,实现１６ｋｇ水平转子稳定悬浮和正常运转,转速可达１２０００ｒ／ｍｉｎ。