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保护轴承系统中弹性环不同安装位置对转子跌落后动力学响应的影响

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航空动力学报 2012年第7期27卷 1671-1680页

作者：朱益利金超武徐龙祥南京航空航天大学机电学院南京210016

针对磁悬浮轴承系统中通常需要一套保护轴承作为磁悬浮轴承失效后转子的临时支撑,转子跌落后将产生的巨大冲击和振动这一问题,提出将弹性环分别安装于转子和保护轴承外圈两种不同位置来缓冲转子跌落所带来的冲击和振动.针对两种位置建... 详细信息

针对磁悬浮轴承系统中通常需要一套保护轴承作为磁悬浮轴承失效后转子的临时支撑,转子跌落后将产生的巨大冲击和振动这一问题,提出将弹性环分别安装于转子和保护轴承外圈两种不同位置来缓冲转子跌落所带来的冲击和振动.针对两种位置建立转子跌落的动力学模型,并对所建立的模型进行数值仿真计算,主要分析对比了安装位置不同对转子跌落后碰撞力、轴心轨迹和保护轴承内圈转速的影响.在理论分析的基础上,进行了相应的试验研究.仿真和试验结果表明:将弹性环安装于转子上更能有效地减小转子跌落后的振动幅度和冲击力.

关键词：弹性环磁悬浮轴承保护轴承转子跌落动力学模型

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重型磁悬浮转子跌落保护轴承失效机理

中国机械工程 2023年第9期34卷 1009-1018页

作者：李子麟时振刚铁晓艳杨国军任文亮姚佳康王玉明王子羲清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室北京100084 清华大学核能与新能源技术研究院北京100084 洛阳轴承研究所有限公司洛阳471039

国家重点研发计划《高速精密悬浮轴承》对保护轴承跌落承载能力的要求是:转子质量不小于3000 kg,跌落转速不小于3000 r/min,抗跌落次数不小于10。基于此开展了对保护轴承设计研发及跌落失效机理的研究。提出了两种适用于跌落工况的陶瓷... 详细信息

国家重点研发计划《高速精密悬浮轴承》对保护轴承跌落承载能力的要求是:转子质量不小于3000 kg,跌落转速不小于3000 r/min,抗跌落次数不小于10。基于此开展了对保护轴承设计研发及跌落失效机理的研究。提出了两种适用于跌落工况的陶瓷球混合保护轴承方案:满装球无保持架方案和非满装球带保持架方案。搭建了包含动力学、热学在内的转子跌落仿真模型,对不同方案跌落过程的受力和发热过程进行了仿真。将保护轴承安装到试验台架中进行测试,验证了仿真模型的有效性。在测试中发现无保持架保护轴承发生严重失效。对失效轴承的损伤情况进行观察和检测,发现由于滚动体间摩擦因数大,滚动体发生卡死现象,使滚动体与滚道、内圈与转子间发生持续干摩擦,造成内圈严重烧伤与磨损。

关键词：磁悬浮轴承保护轴承转子跌落轴承损伤失效机理

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HTR-10氦风机磁悬浮转子跌落在辅助轴承上的数值分析

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核动力工程 2012年第3期33卷 61-64,88页

作者：赵泾雄杨国军李悦于溯源清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

辅助轴承是10 MW高温气冷堆(HTR-10)氦风机磁力轴承-转子系统中的辅助支承结构,其主要任务是在磁力轴承因失电而失效时支承高速转动的转子,是整个系统安全运行的保证。本研究以HTR-10磁力轴承氦风机实验台架中的辅助轴承为研究对象,使用... 详细信息

辅助轴承是10 MW高温气冷堆(HTR-10)氦风机磁力轴承-转子系统中的辅助支承结构,其主要任务是在磁力轴承因失电而失效时支承高速转动的转子,是整个系统安全运行的保证。本研究以HTR-10磁力轴承氦风机实验台架中的辅助轴承为研究对象,使用ABAQUS有限元软件数值模拟转子跌落,分析滚动辅助轴承内圈与滚动体的变形及能量损耗特性,并与初步的实验结果进行比对,验证辅助轴承的可靠性,为磁力轴承在高温气冷堆核电厂中的应用提供重要的技术保障。

关键词： 10 MW高温气冷堆氦风机磁力轴承转子跌落辅助轴承

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转子跌落在保护轴承上的动力学研究

转子跌落在保护轴承上的动力学研究

作者：蒋磊南京航空航天大学

学位级别：硕士

本文通过对转子失控后跌落在保护轴承中的碰摩过程进行运动分析,分别建立了转子跌落在固定环、滚动轴承、双层滚动轴承上的动力学模型,并对该模型进行了数值求解。使用多体动力学分析软件ADAMS对完整的深沟球轴承模型进行了建模和验证,... 详细信息

本文通过对转子失控后跌落在保护轴承中的碰摩过程进行运动分析,分别建立了转子跌落在固定环、滚动轴承、双层滚动轴承上的动力学模型,并对该模型进行了数值求解。使用多体动力学分析软件ADAMS对完整的深沟球轴承模型进行了建模和验证,并仿真分析了不同参数下的转子跌落在轴承中的运动过程,通过对比转子的轴心轨迹和接触力,总结了转子跌落对保护轴承造成冲击破坏的影响因素,提出了减小跌落冲击的方法和建议。使用ADAMS对一种新型的保护轴承即双层滚动轴承进行了建模,并对转子跌落在该轴承中的运动过程进行了仿真分析,转子的跌落轴心轨迹和接触力仿真结果表明双层滚动轴承能够降低转子跌落造成的冲击。搭建了转子跌落测试平台,对不同转速转子在不同保护轴承中的跌落过程进行了试验研究,使用Labview数据采集系统对跌落过程转子的位移信号、转速信号等进行了数据采集和处理,对试验结果进行了分析,并得出了一些结论。

关键词：磁悬浮轴承保护轴承转子跌落滚动轴承

立式转子跌落到深沟球保护轴承上的动力学分析

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机械设计与研究 2017年第1期33卷 72-77页

作者：朱益利金超武廉春原郑仲桥常州工学院常州213032 南京航空航天大学南京210016

在立式磁悬浮轴承系统中,由于需要承受转子跌落后重力所引起的冲击,通常采用配对安装的角接触轴承作为保护轴承来使用,很少采用深沟球轴承。但深沟球轴承径向游隙的存在使其具有一定的轴向承载能力,且具有价格便宜、安装方便等优点。为... 详细信息

在立式磁悬浮轴承系统中,由于需要承受转子跌落后重力所引起的冲击,通常采用配对安装的角接触轴承作为保护轴承来使用,很少采用深沟球轴承。但深沟球轴承径向游隙的存在使其具有一定的轴向承载能力,且具有价格便宜、安装方便等优点。为了将深沟球轴承应用到此场合,重点研究了其作为立式磁悬浮轴承系统中保护轴承的工作性能。首先建立了立式转子的动力学模型、转子与轴承之间的碰撞模型以及深沟球轴承的支撑刚度模型,根据所建立的模型,对立式磁悬浮转子跌落到深沟球保护轴承上的动力学响应进行了仿真分析,并在立式磁悬浮轴承试验台上进行跌落试验研究,仿真和试验结果表明:在轻型立式转子应用场合,深沟球轴承可以代替配对安装的角接触轴承作为保护轴承来使用。

关键词：立式转子主动磁悬浮轴承保护轴承深沟球轴承转子跌落

电磁轴承失效后航空发动机转子跌落动力学分析

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燃气涡轮试验与研究 2019年第4期32卷 1-7,15页

作者：王小虎杨芳芳赵强中国航发四川燃气涡轮研究院

为研究航空发动机用主动电磁轴承失效后,发动机转子跌落在辅助轴承上对轴承、轴承座乃至整个发动机造成的冲击,建立了转子跌落及碰撞的力学模型。以模拟转子为研究对象,通过有限元法及Newmark-Beta法求解了模拟转子跌落及碰撞方程。计... 详细信息

为研究航空发动机用主动电磁轴承失效后,发动机转子跌落在辅助轴承上对轴承、轴承座乃至整个发动机造成的冲击,建立了转子跌落及碰撞的力学模型。以模拟转子为研究对象,通过有限元法及Newmark-Beta法求解了模拟转子跌落及碰撞方程。计算结果表明:转子高速跌落时,转动动能若无法有效消减,转子将在轴承内圈长时间涡动,导致轴承内圈表面产生极大的接触应力及变形;辅助轴承的支撑刚度有降低振幅的作用,支撑阻尼有消减振动能量的作用。实际应用时,选择适中的辅助轴承支撑刚度和较大的支撑阻尼,通过两者相匹配可有效减小转子跌落对发动机机体的冲击,同时快速降低跌落冲击造成的振动。

关键词：航空发动机主动电磁轴承辅助轴承转子跌落支撑刚度支撑阻尼

磁悬浮转子跌落在电磁保护轴承上的动力学研究

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磁悬浮转子跌落在电磁保护轴承上的动力学研究

作者：吉用秋江苏理工学院

学位级别：硕士

作为磁悬浮轴承系统的重要组成部分,保护轴承能够在磁悬浮轴承系统出现故障或者受到的载荷过大时作为转子的临时支承,以防止转子跌落在定子上造成破坏。传统的保护轴承由于不能消除保护间隙,转子产生强烈的振动,甚至会产生涡动,导致滚... 详细信息

作为磁悬浮轴承系统的重要组成部分,保护轴承能够在磁悬浮轴承系统出现故障或者受到的载荷过大时作为转子的临时支承,以防止转子跌落在定子上造成破坏。传统的保护轴承由于不能消除保护间隙,转子产生强烈的振动,甚至会产生涡动,导致滚动轴承损坏。对此,本文提出了一种可以自动消除保护间隙的电磁保护轴承,并进行了相关研究。首先,基于等效磁路法建立了电磁机构的磁路模型,对其结构参数进行设计,应用Maxwell对所设计的结构进行仿真验证,得到了电磁力随着气隙大小的变化曲线。其次,建立了磁悬浮轴承失效前、后转子的动力学模型、转子与内衬套的碰撞模型、滚动轴承动力学模型以及电磁保护轴承机构运动学模型,详细分析了转子跌落在不同结构参数的电磁保护轴承上的动力学响应。研究发现:（1）转子的不平衡质量增加会导致滚动轴承受到的碰撞力显著增大,甚至超出其许用接触应力值,从而使得保护轴承性能下降,甚至失效。（2）锥面角度的增加会导致转子与内衬套发生碰撞的次数增加,锥面角度较大时,高的转子初始跌落转速会使得保护轴承失效;相反,减小锥面角度能够使得跌落后保护轴承内圈受到的轴向碰撞力减小,从而提高保护轴承消除间隙的可能性,但在径向保护间隙一定时,会导致轴向保护间隙增大。（3）电磁铁电磁力增大可以提高稳定支承后转子的旋转精度且减少消除间隙所需的时间,但同时也使得滚动轴承中滚珠受到的摩擦力矩显著提高,导致轴承发热严重,从而降低保护轴承的使用寿命。（4）随着转子初始跌落转速的提高,转子与内衬套之间的碰撞力大小的增加趋势随摩擦系数的增大而增大,摩擦系数较小时,转子与内衬套之间容易发生打滑现象,导致转子与内衬套之间发热严重,降低保护轴承的使用寿命;但摩擦系数较大时,由于碰撞力增大,可能会出现保护轴承失效的情况。（5）导向柱的安装位置在转子初始跌落转速较低时对保护轴承外圈振动位移影响较大,偶压状态下的振幅明显小于奇压;但在转子初始跌落转速较高时,安装位置基本没有影响。本文提出的电磁保护轴承装置从根本上消除了转子跌落产生涡动的可能,显著改善滚动轴承工况,延长了其使用寿命,提高了可靠性。

关键词：磁悬浮轴承电磁保护轴承转子跌落动力学响应

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高速转子跌落在保护轴承上的碰撞力研究

高速转子跌落在保护轴承上的碰撞力研究

作者：魏鹏南京航空航天大学

学位级别：硕士

建立了转子跌落在保护轴承上全过程的动力学方程，得到了转子在不同初始条件（θ,θ）下跌落后的运动相图，讨论了不同滑动摩擦系数和保护间隙对转子跌落后运动轨迹的影响。基于Hertz接触理论，建立了转子跌落在保护轴承上的非线性碰撞... 详细信息

建立了转子跌落在保护轴承上全过程的动力学方程，得到了转子在不同初始条件（θ,θ）下跌落后的运动相图，讨论了不同滑动摩擦系数和保护间隙对转子跌落后运动轨迹的影响。基于Hertz接触理论，建立了转子跌落在保护轴承上的非线性碰撞力模型，使碰撞力模型更加接近真实情况下的碰撞力。提出了转子跌落在保护轴承上的碰撞力测量方案，并设计了碰撞力测量装置，将整个测量过程分为标定和测量两个步骤，考虑到碰撞力测量装置的非线性影响，运用冲击力锤分别在不同大小的冲击力下对碰撞力测量装置进行了标定，然后由转子跌落后支撑环的振动加速度信号反推碰撞力。对不同初始转速下转子跌落在保护轴承上的碰撞力进行了试验研究，得到了转子跌落后支撑环的振动加速度信号、转子轴心轨迹和跌落持续时间。试验结果表明：初始转速越高，转子跌落后保护轴承受到的振动冲击越大，跌落持续时间越长，越容易出现涡动现象。转子跌落后0.1s范围内，保护轴承受到的振动和冲击达到最大值，但并非出现在初次碰撞时。以转子初始转速为4500r/min的跌落试验为例，给出了转子跌落在保护轴承上的碰撞力试验测量和结果处理的详细分析过程，并得到了该初始转速下转子跌落在保护轴承上的初次碰撞力和最大恢复力。根据初次碰撞力的试验结果对碰撞力模型进行了评估，准确识别出了所建立的非线性碰撞力模型中的等效质量me和等效刚度系数ke。最后通过对国内外的研究成果以及本文得出的相关结论归纳总结出了保护轴承的相关设计准则。

关键词：磁悬浮轴承转子跌落保护轴承测力装置碰撞力

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电磁轴承水平转子跌落恢复控制策略研究

风机技术 2020年第3期62卷 38-45页

作者：赵宇兰宫海龙杨国军时振刚陈润年赵雷哈电集团中央研究院清华大学核能与新能源技术研究院

为避免电磁轴承失效、过载等事故发生,在转子/电磁轴承系统中安装辅助轴承,为转子提供临时机械辅助支承,并可对转子起到限位的作用。本文建立动态模型对转子跌落动态特性进行研究。该模型可预测转子各自由度的位移及转动,并在考虑转子... 详细信息

为避免电磁轴承失效、过载等事故发生,在转子/电磁轴承系统中安装辅助轴承,为转子提供临时机械辅助支承,并可对转子起到限位的作用。本文建立动态模型对转子跌落动态特性进行研究。该模型可预测转子各自由度的位移及转动,并在考虑转子具有跌落碰撞可能的情况下,设计PID控制策略进行位置恢复控制。该控制策略可在转子受外界剧烈扰动而具有跌落趋势甚至已经发生碰撞的情况下,有效将转子恢复至无接触悬浮状态并避免碰撞进一步恶化的发生。

关键词：主动电磁轴承辅助轴承转子跌落动态特性分析位置恢复控制水平转子