首先分析了磁力軸承支承剛度與其結(jié)構(gòu)參數(shù)以及控制參數(shù)的關(guān)系，然后計算了磁力軸承的線性支承剛度。在此基礎(chǔ)上，建立了磁懸浮鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)方程，采用傳遞矩陣法計算了該轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速與振型，研究了該轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速與磁力軸承支承剛度的關(guān)系，并對位移測量位置的合理性進行了分析。計算結(jié)果及相關(guān)結(jié)論將為磁力軸承和傳感器的布置以及控制系統(tǒng)的設(shè)計提供重要依據(jù)。利用該計算方法，設(shè)計研制的磁懸浮鼓風(fēng)機已成功投入工業(yè)運行。
磁懸浮轉(zhuǎn)子利用不接觸的可控電磁力將轉(zhuǎn)子懸浮在磁場中，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的無機械接觸、無磨損和無潤滑的運轉(zhuǎn)，具有定位精度高、適應(yīng)轉(zhuǎn)速范圍廣(幾萬~十幾萬轉(zhuǎn)/分)等一系列優(yōu)點而廣受關(guān)注。準確計算轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速，對于采用磁力軸承支撐的高速鼓風(fēng)機來說尤為重要。
磁力軸承的支承特性對轉(zhuǎn)子的動力學(xué)特性有重要的影響。對于磁力軸承，通過選擇合適的靜態(tài)偏置電流和控制系統(tǒng)的參數(shù)，總可以使得電磁力與轉(zhuǎn)子的微小位移成近似線性關(guān)系，利用成熟的線性控制方法就可以使被控轉(zhuǎn)子獲得優(yōu)良的性能，可以通過系統(tǒng)控制參數(shù)的選擇來控制磁力軸承的動態(tài)特性[1-4]，即提供合適的支承剛度和阻尼。磁力軸承的控制器根據(jù)傳感器檢測出的位移變化進行控制，因此磁力軸承和位移傳感器不能布置在本征振型的節(jié)點上[5-6]。將傳感器安裝在磁軸承內(nèi)是比較困難的，所以磁軸承的傳感器和磁力軸承不在一個位置。如果轉(zhuǎn)子的本征振型的節(jié)點處于傳感器和磁軸承之間，將出現(xiàn)反作用反饋，就可能導(dǎo)致磁軸承系統(tǒng)失穩(wěn)，根據(jù)振型合理布置傳感器是必須的。所以準確計算磁懸浮鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速和振型是非常必要的。
轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速計算大多采用傳遞矩陣法和有限元法[6-10]，目前傳遞矩陣法占據(jù)主導(dǎo)地位。本文在分析磁力軸承支承特性的基礎(chǔ)上，采用傳遞矩陣法計算轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速和振型，根據(jù)振型分析位移傳感器布置位置的合理性。計算中考慮了磁力軸承的支承剛度在一定范圍內(nèi)變化時對臨界轉(zhuǎn)速的影響。
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