磁懸浮轉子的主被動一體式保護軸承研究

《磁懸浮轉子的主被動一體式保護軸承研究》是依託江蘇理工學院，由俞成濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：磁懸浮轉子的主被動一體式保護軸承研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：俞成濤
• 依託單位：江蘇理工學院

項目摘要

磁懸浮軸承系統需要一套保護軸承在系統失效後臨時支承高速旋轉的轉子，保護系統設備不受損壞。由於保護軸承與轉子之間存在間隙，轉子跌落產生的巨大衝擊力致使保護軸承損壞而導致設備受損的事故時常發生。本項目提出一種能夠同時消除徑向和軸向保護間隙的向心推力保護軸承，並且這種消除間隙的功能可以由控制系統主動完成，也可以在控制系統完全失效時由保護軸承自行被動完成。主要研究內容包括建立轉子與保護軸承系統的運動學、靜力學以及動力學模型；得到轉子與保護軸承的匹配設計理論；探討影響間隙消除時間的關鍵因素；研究間隙消除時間對滾動軸承壽命的影響，得到最佳消除間隙時間；進行高速跌落試驗研究；根據理論和試驗研究結果最佳化保護軸承的設計，提出保護軸承的設計準則。本項目的研究能夠在磁懸浮軸承失效後對轉子提供全面的保護，提高磁懸浮軸承的可靠性使其在工業套用中具有廣闊的前景，同時為自消除間隙保護軸承消除間隙的最佳時間提供設計依據。

結題摘要

針對高速磁懸浮軸承轉子跌落後保護軸承無法承受劇烈的碰撞導致磁懸浮軸承系統遭受損壞這一工程實際問題，提出了“磁懸浮轉子的主被動一體式保護軸承研究”課題。項目執行期間成功研發了主被動一體式保護軸承裝置並且申報了國家發明專利；完成了保護軸承裝置控制系統與磁懸浮軸承控制系統的集成、保護軸承的靜力學和運動學以及5自由度磁懸浮轉子跌落至此保護軸承的動力學模型的建立；通過模擬仿真，對轉子跌落後轉子的軌跡、振動位移、轉子轉速、振動頻率、滾動軸承的碰撞力、間隙消除時間等方面進行了理論研究；搭建了磁懸浮轉子全尺寸試驗台，進行轉子最高轉速為30000轉/分時的轉子跌落試驗驗證。仿真和試驗結果均顯示了主被動一體式保護軸承能夠在轉子跌落後不到1 s內快速消除原先的保護間隙；間隙消除後，轉子維持在約為30μm的幅值範圍內穩定旋轉，同時滾動軸承也只需承受穩定的轉子重力和離心力作用；另外，通過對轉子振動頻率進行分析可得此保護軸承消除了轉子跌落後進入全間隙渦動的可能。通過本課題的研究證明主被動一體式保護軸承能夠實現在磁懸浮轉子跌落後消除間隙的功能，基本消除了轉子對滾動軸承的衝擊，使得滾動軸承能夠在穩定的工況下高速運行，大大地提高了其可靠性和壽命，同時提高了磁懸浮軸承系統的可靠性。本課題的研究結果對磁懸浮軸承的保護軸承設計以及實際套用提供了指導意義。