主動(dòng)電磁軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)分析.pdf

1、電磁軸承的大多數(shù)組成元件具有非線(xiàn)性特征，所以電磁軸承的動(dòng)態(tài)特性是非常復(fù)雜的。非線(xiàn)性電磁力可以引起軸在一些區(qū)域的大幅振動(dòng)。因此，研究電磁軸承的非線(xiàn)性動(dòng)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(xué)技術(shù)的發(fā)展，旋轉(zhuǎn)機(jī)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(dòng)力機(jī)械的重要部件。轉(zhuǎn)子在鑄造和機(jī)械加工過(guò)程中形成的缺陷在交變的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力的作用下，便會(huì)形成裂紋。這些疲勞裂紋如不能及早發(fā)現(xiàn)，就會(huì)在交變載荷的作用下擴(kuò)展直到

2、引起災(zāi)難性的斷裂事故。研究裂紋轉(zhuǎn)子的動(dòng)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(dòng)電磁軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和十六極主動(dòng)電磁軸承裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)。 在第一部分，研究了十六極主動(dòng)電磁軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的復(fù)雜非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)。給出了電磁力的表達(dá)式，根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律建立了十六極主動(dòng)電磁軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程。對(duì)運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行無(wú)量綱化，得到系統(tǒng)的無(wú)量綱運(yùn)動(dòng)方程。利用多尺度方法對(duì)十六極主動(dòng)電磁軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行了攝動(dòng)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(yùn)用Matlab軟件對(duì)平均方程進(jìn)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(yùn)動(dòng)、多倍周期運(yùn)動(dòng)、概周期運(yùn)動(dòng)和混沌運(yùn)動(dòng)。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(dòng)電磁軸承裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線(xiàn)性振動(dòng)、分叉和混沌動(dòng)力學(xué)。給出了裂紋轉(zhuǎn)子的變剛度矩陣和非線(xiàn)性電磁力的表達(dá)式，根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律建立十六極主動(dòng)電磁軸承裂紋轉(zhuǎn)子系