18、集成三个主动磁轴承的高速细轴耦合转子系统的跌落分析

集成三个主动磁轴承的高速细轴耦合转子系统的跌落分析

1. 引言

早期的直接驱动高速机器主要应用于对功率要求高、对质量和体积要求低，而不太关注成本的领域，如赛车和航空发动机。最初，这些高速机器配备的是传统的滚动或滑动轴承。随着主动磁轴承（AMBs）的发展，无摩擦旋转系统成为可能。直接高速AMB传动系统具有无油、低维护运行和占地面积小等优点，这使得它在压缩机、涡轮机和泵等更广泛的应用中受到关注。然而，直接高速机器的开发时间长，因为其设计过程涉及多学科，且针对特定案例的设计性质限制了同一设计在不同应用中的可用性，导致生产批量小、单位成本高。

为了克服可用性挑战，提出了一种新型的三个径向AMB转子配置，用于模块化高速传动系统的一部分。本研究的主要目标是研究这种新转子配置中 touchdown 轴承（TDBs）的性能。为了研究 TDBs 在不同使用情况下的性能，需要构建一个包含转子、AMBs 和 TDBs 的仿真模型。本工作的范围是分析三个 AMB 配置在跌落情况下的行为，以及影响 TDBs 最大负载的参数，并确定不同跌落条件下的关键轴承，以避免机器故障。

2. 带 TDBs 的细轴耦合转子 - AMB 系统的数学建模

2.1 转子系统的运动方程

使用 Timoshenko 梁单元建立转子系统的数学模型，分析与轴轴线（z）垂直轴上的横向振动。每个节点考虑两个平移和两个转动自由度。压缩机驱动和带叶轮的延伸轴由 AMBs 支撑，通过细轴联轴器连接，同时系统还包含 TDBs，用于在跌落事件或转子未悬浮时支撑系统。

将柔性轴离散为多个单元，叶轮作为刚性圆盘添加到转子的相应位置。转子系统的组装运动方程为：
((M_s +