被动式电磁阻尼器
可控被动式电磁阻尼器的原理及初步实验研究
引 言
高速旋转机器的振动问题是一个比较突出且难以解决的问题。这类机器的转速高，都在超过临界乃至几阶临界转速以上运行。因此为了保证其安全运行，除了保证仔细的设计和精确的制造安装外，通常还使用阻尼器以减小振动。挤压油膜阻尼器和电磁阻尼器就是两种常用的阻尼器。本文设计了一种新的可控型被动式电磁阻尼器。
可控型被动式电磁阻尼器的结构和工作原理
可控被动式电磁阻尼器的示意图。它没有位移传感器。其结构与挤压油膜阻尼器类似：旋转机械的转子通过滚动轴承或滑动轴承支承在铁芯上。该铁芯再通过弹簧支承在机座上。弹簧的支承刚度可按使用要求设计，为支承系统的主刚度。在机座上环绕铁芯同心放置有四只电磁铁。各磁铁线圈上都作用相同大小的直流励磁电压。
示出可控被动电磁阻尼器所产生的附加刚度和阻尼随频率变化的情况。可以看出在整个频率范围内附加刚度的值是负的，且随着频率的升高负的刚度值降低。在高频区刚度值几乎为零。这种阻尼特性刚好符合旋转机械所要求的低频大阻尼高频小阻尼的特性。在可控被动电磁阻尼器的尺寸确定后，刚度和阻尼值就仅取决于静态励磁电流或励磁电压。改变励磁电压值就能改变刚度和阻尼，因而这种阻尼器是可控的。
实验装置
为实验装置：一根细长轴，一端支承在普通的刚性滚珠轴承上，另一端支承在图1所示的电磁阻尼器支承上。转子由直流电机驱动。轴的振动和转速分别由涡流传感器和光电传感器检测。振动信号和转速信号由计算机通过AD板采集。图3b为提供主支承刚度的平板径向弹簧。该弹簧以弹性铝为材料，线切割加工。其刚度值由有限元计算和优化。在一只电磁阻尼器支承上有两只并排放置的弹簧，以保证对称性，利于系统建模。理论计算和实验测试均表明该转子的第一阶临界转速约为3900revs/min。
被动式电磁阻尼器
在不同励磁电压下测试转子的振动随转速的变化。图4给出了实验数据。图中的四条曲线代表励磁电压分别为0伏、9伏、12伏和15伏的情况。可以看出随着励磁电压的增大，电磁阻尼器提供的阻尼也增大。这使得转子的振幅得到抑制，从0.185mm降到0.56mm，减振效果是很明显的。从图中还可以看出，由于负的电磁刚度的存在，转子的临界转速有所降低。这和图2中的结果很一致，在65HZ临界转速附近，电磁附加负刚度很小因而它对临界转速的影响很小。当励磁电压为15伏时，转子的临界转速仅下降到3780revs/min。
结 论
被动式电磁阻尼器用于转子系统取得了较好的减振效果。这种阻尼器的阻尼产生机理是被动的而阻尼的大小则是随励磁电压的大小可控的。与挤压油膜阻尼器相比，被动式电磁阻尼器具有电磁轴承相对于普通轴承的大部分优点；与主动式电磁阻尼器相比，被动式电磁阻尼器的总体结构简单、造价低、可靠性更高。因而这是一种很有发展前途的行之有效的高速转子的减振阻尼装置。
本文介绍了被动式电磁阻尼器在线性范围内的原理和仅进行了被动式电磁阻尼器的初步的减振实验，更多的非线性特性的研究和优化设计将在今后陆续报道。
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