不平衡磁拉力及对偏心转子系统振动的影响.pdf

《不平衡磁拉力及对偏心转子系统振动的影响.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第20卷第2期工程力学Vol.20No.22003年4月ENGINEERINGMECHANICSApr.2003文章编号：1000-4750(2003)02-116-06不平衡磁拉力及对偏心转子系统振动的影响郭丹，何永勇，褚福磊(清华大学精密仪器系，北京100084)摘要：研究了电机中由于相对偏心引起的不平衡磁拉力对转子系统振动的影响。首先把气隙磁导展开为Fourier级数的形式，通过转子或定子表面的Maxwell应力积分得到非线性不平衡磁拉力的解析表达式。然后代入到转子系统的运动方程中，采用隐式非线性NEWMARK积分法计算系统

2、在不平衡磁拉力和质量偏心力作用下的动力响应，详细分析了电机参数对偏心转子系统振动的影响。研究结果为旋转机械轴系的动力分析及设计提供了理论依据。关键词：振动；不平衡磁拉力；转子系统中图分类号：TM301.42,O322文献标识码：A[4]1前言振动的研究很少。其中Belmans研究了一个二极电机中UMP(UnbanlancedMagneticPull，“不平衡事实证明，电机不平衡磁拉力引起的故障对旋磁拉力”的缩写)对转子横向振动稳定性的影响。他转机械的运行会产生较大的影响。不平衡磁拉力会们认为，UMP将导致系统刚度系数的改变，从而使

3、导致系统产生振动和噪声，尤其是对柔性转子，严[6]系统固有频率降低。Zhu等研究了单相感应电机重情况下可能会造成转子定子接触。因此，研究不[7]中转子偏心引起的噪声与振动。Fruchtenicht等研平衡磁拉力对转子系统振动的影响无论是对机组究了四极电机中由UMP激发的横向自激振动。的设计还是状态维护都是十分重要的。不平衡磁拉本文利用Fourier级数展开法，推导了三相电力的计算工程中常采用的是线性公式，当偏心量较机不平衡磁拉力的解析表达式，通过数值积分的手大时，结果显示线性经验公式有较大的误差。曲凤段研究了Jeffcott转子在

4、UMP和偏心力作用下的[1][2][3]波、姜培林和邱家俊分别采用不同的方法得到动力响应，得到了多种轴心轨迹，总结了UMP激了不平衡磁拉力的非线性表达式，但都没有讨论磁发的振动特征。极对数的影响。随着计算机技术的迅猛发展，通过数值方法精确计算复杂电机中的力及力矩已不是2不平衡磁拉力的计算与分析问题，但离散的数值解使人们难以认清力的组成成如图1所示，偏心转子气隙可以近似表达为如分，也给随后的动力学分析带来了不少困难。近年下形式[4、5]来，Belmans等提出把气隙磁导展开为Fourierd(a,t)»d0-rcos(a-g)(1)

5、级数的形式，并以此来调整磁动势，可以推导出不其中d0为转子不偏心时的平均气隙长度。把气隙磁平衡磁拉力的更准确的解析表达式。导展开为级数形式：文献检索显示，虽然计算不平衡磁拉力的方法已有不少学者研究，但对于不平衡磁拉力激发系统———————————————收稿日期：2001-10-16；修改日期：2002-04-09基金项目：清华大学骨干教师人才基金(092222004)作者简介：郭丹(1970)，女，江西南昌人，讲师，博士，从事结构动力学、旋转机械故障机理及诊断方法研究何永勇(1969)，男，四川重庆人，副教授，博士，从事智能化故

6、障诊断理论与方法研究褚福磊(1959)，男，山东枣庄人，教授，博士，博士生导师，中国振动工程学会转子动力学专业委员会副主任委员，从事非线性转子动力学理论及故障诊断技术研究不平衡磁拉力及对偏心转子系统振动的影响117m0m0Fy=L(a,t)==d(a,t)d0[1-ecos(a-g)]ìf1sing+f2sin(2wt-g)-f3sin(2wt-3g)p=1m¥ïfsing+fsin(2wt-3g)-fsin(2wt-5g)p=2(7b)0nnï134=åe×cos(a-g)(2)íd0n=0ïf1sing+f4sin(2wt-5

7、g)p=3¥ïîfsingp>31=åLn×cosn(a-g)其中n=0其中相对偏心e=r/d0，m0为空气磁导系数。f=RLpF2(2LL+LL+LL)1j0112234mFourier系数L为0nRLp211ìm01f2=Fj(L0L1+L1L2+L2L3)ï(n=0)4m0222ïd01-eRLp1ï2Ln=ín(3)f3=Fj(L0L3+L1L2)ï2m1æ1-1-e2ö4m020ç÷(n>0)ïd2çe÷RLp2ïî01-eèøf4=FjL2L38m0y’从式7(a)和7(b)中可以看到，不平衡磁拉力包d(a,t)x’含

8、两部分。一是与时间无关的部分，其幅值等于f1，方向指向间隙最小的方向；二是与时间有关的部a分，其波动频率为电频率的两倍，力幅值为f2,f3和rgf4的函数。如果电机的磁极对数大于3，则只有第x一部分存在。3UMP对转子系统振动的影响转子模型采用Je