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接触参数对储能飞轮转子碰摩行为的影响

         
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高速旋转的储能飞轮转子是飞轮储能技术的关键设备.正常工况下,借助于两端磁悬浮轴承的支承,飞轮转子稳定运行于转子轴颈与保护轴承之间的半径间隙内.当转子受到某些因素的扰动而偏离稳定轨迹时,其轴颈可能与保护轴承内圈发生碰摩,进而引起系统失稳.因此,研究碰摩作用对飞轮系统稳定性的影响,从而为优化系统接触参数、提升系统稳定性提供依据是必要的.本文利用考虑摩擦力的两自由度弹簧-阻尼系统模型,经过简化建立了描述飞轮转子碰摩过程的动力学方程,并使用四阶龙格-库塔直接积分法数值求解了系统在不同接触参数下的碰摩行为.计算发现,在实际接触刚度的范围内,转子系统的稳定性随摩擦系数的增大表现出先缓慢增强、后迅速下降的趋势.换言之,对于给定的接触刚度,摩擦系数存在一个与之匹配的最佳取值范围以及允许的最大取值;当摩擦系数超过这一最大取值后,碰摩作用将引发系统的低频碰撞或全周碰摩等失稳行为.而随着接触刚度的增大,摩擦系数允许取值的范围将越来越狭窄.另外,接触参数对碰摩的影响也受到系统阻尼系数的制约.计算结果表明,通过优化碰摩时的摩擦副材料,进而优化转子轴颈与保护轴承内圈之间的接触参数,是增强飞轮系统稳定性的一种可行方案.

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