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。     

轴向磁化永磁轴承的刚度特性分析

利用永磁体等效电流模型,以轴向磁化的永磁轴承为对象建立了刚度矩阵,通过无量纲化,分析了各个尺寸参数对刚度的影响规律,并绘制了相应的变化曲线图,分析结果表明:在轴向力和径向刚度分析中,当R/a>3时,磁环外径作为弱影响参数可以被省略;在倾斜刚度和耦合刚度分析中,外径的影响规律不能被忽略;当磁环的高度和厚度相等时,永磁轴承性能最优。     

基于ANSYS分析的永磁径向轴承的设计

本文介绍有限元软件Ansys进行永磁径向轴承设计的一般步骤,并通过一个算例,将 Ansys计算结果同等效磁荷理论计算结果相比较,结果表明Ansys分析能满足设计精度。     

基于分子电流法轴向永磁轴承轴向刚度的分析

轴向刚度分析是永磁轴承设计过程中的重要环节,现有的几类模型计算结果与实测结果存在一定的误差.使用基于分子电流法分析计算轴向永磁轴承的轴向刚度时,由于分子电流法在计算轴向力时需要求解四重积分,计算周期长,甚至不能获得解析解,因此采用蒙特卡罗算法来近似计算轴承的轴向力,使求解过程简单化.通过与有限元法数值解进行比较表明,分子电流法建模可较准确地分析轴向永磁轴承轴向刚度,运用蒙特卡罗算法求解方程,突破了分子电流法难以工程应用的技术难题.     

基于ANSYS的推力永磁轴承磁力特性研究

对一种推力永磁轴承进行了力学特性分析,由于其只产生轴向位移且具有轴对称结构,故将其简化成轴对称二维平面模型进行研究,利用ANSYS对其1/2模型进行磁力特性的计算分析,分别得出其动、定磁环宽度、厚度、截面积和气隙对轴向承载力和轴向刚度的影响。通过对比分析可知,在设计推力永磁轴承时,为了得到理想的承载力和刚度,动、定磁环的尺寸应一致,磁环的厚度与宽度应相等,磁环截面积的选取当以满足承载刚度为准,磁环气隙的选择应视工况而定。     

基于轴承等效刚度法的TBM盘形滚刀模态分析

为了指导岩石隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)所用盘形滚刀(以下简称滚刀)的选型和装配,在合理分析滚刀实际受力与轴承变形特性的基础上,基于等效刚度法,将复杂轴承结构简化成弹簧阻尼质点系统,并提出了ANSYS环境下滚刀动力学有限元建模方法。通过算例计算,提取了滚刀前五阶模态参数,归纳了各阶模态的振型特征,并结合TBM标准线切割实验台上获得的滚刀垂直力载荷特征,分析了算例滚刀模态激发的可能性。最后,在不改变模型其他参数的前提下,分析了轴承等效刚度对滚刀模态参数的影响规律,并从轴承选用和轴向预紧力两个方面,给出了改进建议。研究结果表明,滚刀一阶固有频率随着轴承等效径向刚度的增加而增加,但受轴承等效轴向刚度影响较小;算例滚刀一阶固有频率较低,与特定工况下阶跃破碎周期接近,故易引发刀具共振;高阶模态较难激发。     

飞轮轴向永磁轴承的径向干扰力分析与控制研究

针对飞轮轴向永磁轴承带来的径向干扰力问题,推导了径向干扰力的解析表达式,对干扰力的幅值和方向特性以及它的线性化结果进行了研究。对飞轮运行过程中径向干扰力带来的影响和电磁轴承位移刚度系数变化之间的关系进行了归纳,提出了基于修正参数零力控制算法的电磁轴承控制方法,来抑制飞轮转子系统的干扰力;利用Simulink仿真平台,对包含飞轮转子系统、轴向永磁轴承和电磁轴承零力控制算法的模型进行了测试。研究结果表明:在径向电磁轴承控制算法中采用修正前馈系数的零力控制算法,可以将飞轮转子系统外传力控制在原先的3%,较好地满足了系统干扰力的控制要求。     

永磁推力轴承承载能力的计算

根据等效磁荷理论,建立了圆环型永磁推力轴承的承载力数学模型.在钕铁硼永磁合金轴承上的实验,证实了模型的科学合理性.通过对模型参数的无量纲化处理,给出了便于工程设计的承载力简捷计算公式及相应的无量纲参数表.     

永磁磁力轴承的设计计算与分析

分析了永磁磁力轴承的结构及其性能特点,通过中心力Fc、内外磁间隙Lg、刚性力F1、支承矩E等参数表达磁力轴承设计的关键规律,获得了优化的设计方法和相关试验数据,可作为永磁磁力轴承的设计依据.     

永磁轴承承载能力分子电流模型的积分定义求解方法

分子电流理论是一种计算永磁轴承力学特性的经典理论,利用此理论分析计算永磁轴承承载力时一般采用蒙特卡罗法或椭圆积分法等求解四重积分,蒙特卡罗法数值稳定性差,椭圆积分法求解析解过程中,有时会出现奇异值。为了简化计算,提出了永磁轴承承载力方程的积分定义求解方法,该方法将被积函数的积分域分割成有限个微域,对于每个微域,以被积函数的微域中心值与微域体积的乘积作为被积函数的积分值,将所有微域的积分和值近似作为函数积分值;基于双丝杠导轨副与3维力传感器,研制了永磁轴承力学性能的测试装置,完成永磁轴承承载力的试验验证;较为系统地对比分析了积分定义法与蒙特卡罗法、有限元法数值解的计算结果。研究结果表明:积分定义法计算过程简单,易于编写计算程序,相对误差较小。     

基于Halbach阵列的永磁轴承承载力解析模型及设计方法

基于Halbach阵列的永磁轴承能有效地增强永磁轴承的承载能力,具有广阔的应用前景。但目前关于Halbach阵列的永磁轴承的理论模型研究并不完善,缺少任意角度连续磁化的Halbach阵列永磁轴承的解析模型和设计方法,限制了其应用。研究针对Halbach阵列的永磁轴承,利用标量磁位的模型建立了永磁体阵列的磁场分布模型,在此基础上基于虚位移法建立了永磁轴承的承载力模型和支承刚度模型,并对永磁轴承的最大承载力和支承刚度特性展开了研究,给出了永磁轴承设计过程中的参考因素。最后利用有限元分析软件对所建立的理论模型和提出的结论进行了验证,取得了较好的效果。     

永磁电磁轴承的磁路设计方法

通过对永磁电磁轴承磁路设计过程的系统分析，提出了一种混合磁轴承工程磁路设计方法。文中详细给出了设计中各环节的计算方法和需要考虑的因素，并以具体设计实例加以验证说明。本文所提出的磁路设计方法对混合磁轴承的设计有重要的参考意义。     

基于精确磁路的永磁偏置轴向径向磁轴承设计

针对永磁偏置轴向径向磁轴承集成度高、结构紧凑、磁场分布不规则、偏置磁场和控制磁场存在耦合的特点,根据二维仿真结果,在精细划分磁轴承漏磁路径和软磁路径的基础上,构建了包括漏磁磁阻和软磁磁阻的精确磁路。利用精确磁路可观测各磁路中的磁通分布的优势,有针对性地调整磁轴承的各结构参数,实现其设计的优化,减少对初步参数的重复有限元仿真。对设计样机进行的三维有限元仿真结果表明:基于精确磁路的永磁偏置轴向径向磁轴承设计正确合理。     

永磁偏置型径向磁悬浮轴承参数设计方法研究

永磁偏置型磁悬浮轴承中既存在永磁磁场,又存在电磁磁场,其结构及磁场分布比较复杂,涉及的参数也较多,利用简单的等效磁路法无法对所有的参数进行精确设计。以一种结构形式的永磁偏置型径向磁悬浮轴承为例,在分析其工作原理及磁场分布的基础上,提出了一种基于磁通量计算的参数设计方法,给出了设计流程与计算实例。利用有限元分析软件对设计结果进行了电磁场仿真。实验结果表明:基于此方法设计出的永磁偏置型径向磁悬浮轴承具有良好的悬浮特性。给出了转轴在20 000 r/min时的径向位移波形及控制绕组中的电流波形。     

永磁轴承的刚度研究

永磁轴承具有结构简单、无磨损等优点,可以与机械轴承或电磁轴承结合构成各种磁轴承系统.利用永磁体等效电流模型,以涡轮分子泵永磁轴承为对象建立刚度矩阵,由尺寸参数对各刚度的影响分析可知:磁环横截面为正方形时,径向刚度和耦合刚度最大;倾斜剐度的正负在正方形横截面处发生变化.     

永磁偏置混合磁轴承刚度特性

针对永磁偏置混合磁轴承磁路特性，定性分析了磁轴承的静刚度，并在闭环控制系统结构变换的基础上，分析了控制器参数与磁轴承刚度的关系，给出了系统综合刚度的定义，通过实例从频域角度分析了控制系统参数与系统综合刚度的关系。