留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

水润滑轴承加载装置动态磁热耦合机理研究

王楠 袁哲 赵一帆 梁应选 岳晓奎

王楠,袁哲,赵一帆, 等. 水润滑轴承加载装置动态磁热耦合机理研究[J]. 机械科学与技术,2023,42(2):190-197 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200608
引用本文: 王楠,袁哲,赵一帆, 等. 水润滑轴承加载装置动态磁热耦合机理研究[J]. 机械科学与技术,2023,42(2):190-197 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200608
WANG Nan, YUAN Zhe, ZHAO Yifan, LIANG Yingxuan, YUE Xiaokui. Research on Dynamic Magneto-thermal Coupling Mechanism of Loading Device for Water-lubricated Bearing[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(2): 190-197. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200608
Citation: WANG Nan, YUAN Zhe, ZHAO Yifan, LIANG Yingxuan, YUE Xiaokui. Research on Dynamic Magneto-thermal Coupling Mechanism of Loading Device for Water-lubricated Bearing[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(2): 190-197. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200608

水润滑轴承加载装置动态磁热耦合机理研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200608
基金项目: 国家自然科学基金项目(51605269)、陕西省科技厅重点研发计划项目(2021GY-323)及陕西省高校青年杰出人才支持计划项目(SLGQD1802)
详细信息
    作者简介:

    王楠(1983−),副教授,硕士生导师,博士,研究方向为机电设备智能监测与控制,无线传感网络理论与应用,heroyoyu@126.com

  • 中图分类号: TH39

Research on Dynamic Magneto-thermal Coupling Mechanism of Loading Device for Water-lubricated Bearing

  • 摘要: 针对水润滑轴承动态试验研究中电磁加载装置发热以及电磁力不稳定等现象,为了给轴承研究提供准确载荷,对电磁加载装置动态下的磁热耦合机理进行研究。首先建立了电磁加载装置能量损耗数学模型,对能量损耗进行理论分析;其次,构建了电磁加载装置物理模型,进行磁热耦合仿真分析,得到了磁感应强度、铜损耗以及铁损耗的变化规律;最后,进行电磁加载装置能量损耗试验。研究结果表明:动态下电磁力不稳定的主要原因是加载装置存在能量损耗,且以铜损耗与铁损耗为主;能量损耗与轴转速、加载装置激励电流以及初始温度有关,在激励电流1 ~ 3 A、转速0 ~ 1800 r/min以及温度22 ~ 50 ℃工况下,电磁力试验值与仿真值最大误差为4.7%。
  • 图  1  电磁加载装置结构与受力分析

    图  2  能量损耗分布

    图  3  加载装置网格划分

    图  4  不同时刻加载装置磁感应强度(300 r/min)

    图  5  不同轴转速下加载装置最大磁感应强度

    图  6  加载装置铜损耗云图

    图  7  加载装置铁损耗

    图  8  加载装置各部分温度分布(700 r/min、2 A)

    图  9  加载装置能量损耗仿真结果

    图  10  测试系统结构图

    图  11  能量损耗试验现场

    图  12  温度测试

    图  13  加载装置能量损耗试验结果

    图  14  不同激励电流、温度及转速下的电磁力变化

    表  1  加载装置热材料

    参数加载盘线圈电磁铁
    密度7.65 kg/dm3 8900 kg/m37.759 g/cm3
    热导率42.5 W/(m·K)397 W/(m·K)1046.7 W/(m·K)
    比热容502.4 J/(kg·C)504 J/(kg·C)460 J/(kg·C)
    下载: 导出CSV
  • [1] SHINDE A B, CHAVAN S P. Parametric investigation of surface texturing on performance characteristics of water lubricated journal bearing using FSI approach[J]. SN Applied Sciences, 2020, 2(1): 36 doi: 10.1007/s42452-019-1809-1
    [2] WODTKE M, LITWIN W. Water-lubricated stern tube bearing-experimental and theoretical investigations of thermal effects[J]. Tribology International, 2021, 153: 106608 doi: 10.1016/j.triboint.2020.106608
    [3] 段一戬, 钟志贤, 蔡忠侯, 等. 径向电磁悬浮系统的Magnet/Simulink联合仿真[J]. 桂林理工大学学报, 2021, 41(4): 903-907 doi: 10.3969/j.issn.1674-9057.2021.04.026

    DUAN Y J, ZHONG Z X, CAI Z H, et al. Co-simulation of Magnet/Simulink for radial electromagnetic levitation system[J]. Journal of Guilin University of Technology, 2021, 41(4): 903-907 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1674-9057.2021.04.026
    [4] GIAP V N, HUANG S C. Effectiveness of fuzzy sliding mode control boundary layer based on uncertainty and disturbance compensator on suspension active magnetic bearing system[J]. Measurement and Control, 2020, 53(5-6): 934-942 doi: 10.1177/0020294020905044
    [5] 邱荣华, 刘宏昭. 高速电主轴非接触电磁加载装置设计与实现[J]. 中国机械工程, 2014, 25(8): 1027-1032 doi: 10.3969/j.issn.1004-132X.2014.08.007

    QIU R H, LIU H Z. Design and implementation of high speed motorized spindle's non-contact electromagnetic loading system[J]. China Mechanical Engineering, 2014, 25(8): 1027-1032 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1004-132X.2014.08.007
    [6] 岳彩培, 蒋科坚, 周元. 电磁轴承实现振动姿态解耦的转子不平衡抑制[J]. 浙江理工大学学报(自然科学版), 2018, 39(2): 182-188

    YUE C P, JIANG K J, ZHOU Y. Unbalance suppression by vibration attitude decoupling in active magnetic bearing-rotor systems[J]. Journal of Zhejiang Sci-Tech University (Natural Sciences Edition), 2018, 39(2): 182-188 (in Chinese)
    [7] 袁哲, 王楠, 王鹏, 等. 水润滑轴承非接触式电磁加载装置研究[J]. 中国测试, 2020, 46(6): 95-100 doi: 10.11857/j.issn.1674-5124.2020030042

    YUAN Z, WANG N, WANG P, et al. Research on non-contact electromagnetic loading device for water-lubricated bearing[J]. China Measurement & Test, 2020, 46(6): 95-100 (in Chinese) doi: 10.11857/j.issn.1674-5124.2020030042
    [8] 王楠, 梁应选, 王鹏, 等. 一种用于水润滑轴承试验的组合式电磁加载装置: 中国, 207976283U[P]. 2018-10-16

    WANG N, LIANG Y X, WANG P, et al. The utility model relates to a combined electromagnetic loading device for water-lubricated bearing test: CN, 207976283U[P]. 2018-10-16 (in Chinese)
    [9] 任正义, 李乃安. 大支承力径向电磁轴承结构设计及试验研究[J]. 轴承, 2018(4): 39-44 doi: 10.19533/j.issn1000-3762.2018.04.012

    REN Z Y, LI N A. Structural design and experimental study of radial electromagnetic bearings with large supporting force[J]. Bearing, 2018(4): 39-44 (in Chinese) doi: 10.19533/j.issn1000-3762.2018.04.012
    [10] 胡小飞, 刘刚, 孙津济, 等. Homopolar型径向磁轴承转子涡流损耗的分析与优化[J]. 系统仿真学报, 2013, 25(12): 2961-2966 + 2972

    HU X F, LIU G, SUN J J, et al. Analysis and optimization of rotor eddy current loss in Homopolar radial magnetic bearings[J]. Journal of System Simulation, 2013, 25(12): 2961-2966 + 2972 (in Chinese)
    [11] 师蔚, 滕鸿达. 基于耦合场的永磁电机损耗及温升分析[J]. 微电机, 2020, 53(8): 33-39 doi: 10.3969/j.issn.1001-6848.2020.08.007

    SHI W, TENG H D. Analysis of permanent magnet motor loss and temperature rise based on coupling field[J]. Micromotors, 2020, 53(8): 33-39 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1001-6848.2020.08.007
    [12] 戈宝军, 魏瑶, 韩继超, 等. 开关磁阻电机定子铁损分布的时步有限元分析[J]. 电机与控制学报, 2020, 24(7): 20-28

    GE B J, WEI Y, HAN J C, et al. Time-finite element analysis of stator iron loss distribution in switched reluctance motors[J]. Electric Machines and Control, 2020, 24(7): 20-28 (in Chinese)
    [13] 丁国平, 周祖德, 胡业发. 磁力轴承旋转电磁场的有限元计算及分析[J]. 武汉理工大学学报, 2012, 34(1): 114-117 doi: 10.3963/j.issn.1671-4431.2012.01.025

    DING G P, ZHOU Z D, HU Y F. Calculation and analysis of magnetic bearings rotating magnetic field with finite element method[J]. Journal of Wuhan University of Technology, 2012, 34(1): 114-117 (in Chinese) doi: 10.3963/j.issn.1671-4431.2012.01.025
    [14] NEVARANTA N, JAATINEN P, VUOJOLAINEN J, et al. Adaptive MIMO pole placement control for commissioning of a rotor system with active magnetic bearings[J]. Mechatronics, 2020, 65: 102313 doi: 10.1016/j.mechatronics.2019.102313
    [15] BERTOTTI G. General properties of power losses in soft ferromagnetic materials[J]. IEEE Transactions on Magnetics, 1988, 24(1): 621-630 doi: 10.1109/20.43994
  • 加载中
图(14) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  156
  • HTML全文浏览量:  55
  • PDF下载量:  26
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-04-11
  • 网络出版日期:  2023-03-27
  • 刊出日期:  2023-02-25

目录

    /

    返回文章
    返回