基础振动下磁悬浮转子动力学特性的实验研究.pdf

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1、基础振动下磁悬浮转子动力学特性的实验研究★口王宏松口胡业发口丁国平口卢聪慧武汉理工大学机电工程学院武汉430070摘要：通过给车栽磁悬浮转子系统加载正弦激励和随机激励来模拟不同运行工况下的动力学特性，分析实验数据，得出车载-r-；sLT~悬浮转子在低频激励(7Hz)附近最不稳定。关键词：磁悬浮转子车载工况动力学中图分类号：U463文献标识码：A文章编号：1000—4998(2009)08—0086—03由于能源短缺和环境污染，具有节能的混合动力汽车和无污染的电动汽车是未来发展的趋势。飞轮电池以其比能量高、比功率大、体积小、充电快、寿命长、无任何废气废料

2、污染等特点，已成为电动汽车和混合动力汽车最有前途的动力电池之一⋯。目前飞轮电池上使用主动电磁轴承(AMB)，它的动力特性是可控可调节的，是汽车飞轮电池，航空发动机转子结构的一种趋势【。然而车载飞轮电池磁悬浮转子支承在运动的车身上，汽车启动、加速、减速、转向、急停等状态都会对车载飞轮电池磁悬浮转子产生影响，所以其动力学特性不仅取决于磁悬浮转子本身的动力学特性，而且还取决于汽车动力学特性。车身的运动导致车载飞轮电池磁悬浮转子的动力学特性会发生显著变化，这使磁悬浮支承技术的研究更加复杂。正由于研究的复杂性，单靠理论建模仿真分析很难达到真实客观的结论，因此本文

3、围绕盘状磁悬浮转子的车载工况模型，进行实验并研究在盘状悬浮转子结构自身振动情况以及在车载不同212况下，它们之间的相互影响，为车载飞轮电池磁悬浮转子的基础理论和关键技术奠定基础，同时"dg为车载磁悬浮飞轮电池的应用奠定理论基础。1动力学特性实验系统的构成统悬吊，以保证实验系统处于自由状态I4】。激振器安车载工况下磁悬浮转子动力学特性实验系统由三装在基座的底板上，以得到沿Y方向的纵向振动。用部分构成：盘状磁悬浮转子系统；丹麦公司的B&K振激振器给系统激励，然后用加速度传感器采集盘状转动测试分析系统；磁悬浮控制系统。如图1所示。子上的加速度响应，将各测点的

4、激励和响应信号经电为使研究简化，／6文选用单自由度的盘状磁悬浮荷放大器放大后输入到B&K系统，由系统的FFT分转子的实验装置如图2所示。盘状转子由45钢制造，外析仪处理得到各个频率范围内的盘状转子上的加速度径D=302mm。内径d=156mm，厚度h=2．5mm，质响应曲线。量m=1．01kg。盘状转子由3／i"磁力轴承支承，电磁铁2实验准备和频段选择与悬浮盘片间的平衡间隙为8mm，磁悬浮装置采用传统的PID控制。利用3个电磁铁限制盘片沿z轴的移2．1实验准备实验现场如图3所示。首先，让实验系统用轮胎悬★国家自然科学基金资助项目(编号：50675163

5、)吊，一方面使得盘片状磁悬浮转子装置处于“自由”状收稿日期：2009年3月2009／$机械制造47卷第540期态：另一方面悬吊轮胎表1输入正弦激励信号时盘片上传感器A2实验数据简化等效为汽车的轮胎频率／Hz64128256576832896l2l6l472和悬架等减振装置。在振幅／：nlln·s-2)这种状态下，可以认为不激振29．541．237．71663l538542550．5实验系统简化安装在汽激振3Hz37．866．850．921122620617855．5车上。激振4Hzl0410657．727214l19521737．3激振5Hz17962

6、．347．227316825928953．1其次作测点及测量激振6Hz411l1775．9l0226336042976．2方法的安排，为保证所激振7Hz58574．242．523732638055743．6关心的结构点都在所选激振8Hz135015844．41171892l229182．4的测量点之中，在盘状转子面上成120o布置3表2输入随机激励信号时盘片上传感器A2实验数据枷枷啪咖伽瑚。咖个加速度传感器。频率／Hz64128256576832896l2l614722．2实验频段的选择振幅／(mill·s-：2实验频段的选择应考虑机械或结构在正-g．

7、运行条不激振29．541．237．7l663153854255O．5件下激励力的频率范围。通常认为振源频带对结构实激振6．25Hz44180．150．7l22191l9437034．9际振动响应的贡献较小【4l。因为我们研究的是车载工激振12．5Hz98889．736．1l8Ol2516334045．9激振25Hz62946．633．487l47l5l23938．4况下磁悬浮盘状磁悬浮转子的动力学特性，汽车在外激振50Hz74．225．146．224323829127530界激励和自身不平衡的影响下，通过悬架和传动轴缓激振100Hzl081l186．5

8、18314317258．833．3冲橡胶块传递到车体上。研究认为，由于汽车悬架和轮胎对路面高频