主動電磁軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動力學分析.pdf

1、電磁軸承的大多數(shù)組成元件具有非線性特征，所以電磁軸承的動態(tài)特性是非常復雜的。非線性電磁力可以引起軸在一些區(qū)域的大幅振動。因此，研究電磁軸承的非線性動力特性及其穩(wěn)定性在工程中具有重要意義。此外，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，旋轉(zhuǎn)機械正朝著高速、輕型、大功率、大載荷方向發(fā)展。轉(zhuǎn)子軸系是大功率動力機械的重要部件。轉(zhuǎn)子在鑄造和機械加工過程中形成的缺陷在交變的機械應力和熱應力的作用下，便會形成裂紋。這些疲勞裂紋如不能及早發(fā)現(xiàn)，就會在交變載荷的作用下擴展直到

2、引起災難性的斷裂事故。研究裂紋轉(zhuǎn)子的動態(tài)特性、提取轉(zhuǎn)子裂紋故障的特征信息具有重要的工程意義。本課題主要研究十六極主動電磁軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和十六極主動電磁軸承裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動力學。 在第一部分，研究了十六極主動電磁軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的復雜非線性動力學。給出了電磁力的表達式，根據(jù)牛頓運動定律建立了十六極主動電磁軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的運動方程。對運動方程進行無量綱化，得到系統(tǒng)的無量綱運動方程。利用多尺度方法對十六極主動電磁軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行了攝動分

3、析，得到系統(tǒng)在主共振-1/2亞諧共振情況下的平均方程。運用Matlab軟件對平均方程進行數(shù)值仿真，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)隨著控制參數(shù)的變化，存在周期運動、多倍周期運動、概周期運動和混沌運動。由于考慮了豎直方向轉(zhuǎn)子重力的影響，因此系統(tǒng)水平模態(tài)和豎直模態(tài)的相圖形狀不同。 在第二部分，研究了十六極主動電磁軸承裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性振動、分叉和混沌動力學。給出了裂紋轉(zhuǎn)子的變剛度矩陣和非線性電磁力的表達式，根據(jù)牛頓運動定律建立十六極主動電磁軸承裂紋轉(zhuǎn)子系