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高速磁悬浮永磁电机多物理场分析及转子损耗优化韩邦成;薛庆昊;刘旭【摘要】为提高高速磁悬浮永磁电机的综合性能,得到最优的设计参数,针对一台30 kW,48 000 rpm的磁悬浮电机进行了电磁场、转子动力学以及转子强度分析,提出一种基于多物理场分析结果的电机尺寸优化方法.使用ANSYS以及ANSOFT 对电机进行建模和有限元分析,并用ISIGHT软件进行集成优化设计.以转子损耗最小为优化目标,电机几何尺寸为设计变量,在优化过程中考虑尺寸变化对电机转子模态以及强度的影响,以尺寸、电机电磁性能、力学性能等为约束条件.经过优化后,电机的转子损耗减小16.7％,其余性能均符合设计要求.根据优化设计结果加工了样机并进行电机对拖与温升实验,结果证明了优化设计的合理性,验证了本文提出方法的正确性.%To improve the overall performance of high-speed magnetic suspension PM machine and obtain the optimal design parameters,an electromagnetic filed,rotor dynamics and rotor strength analysis was conducted on a magnetic suspension machine (30 kW,48 000 rpm),and a size optimization method based on such multi-physics analysis was put ed ANSYS and ANSOFT to carry out modeling and finite element analysis on the motor,and then completed the integrated optimization designed by adopting the ISIGHT software,taking the impact of dimensional change on the rotor model and rotor strength into consideration,with the minimum rotor loss as the optimizationgoal,geometric dimension of the motor as the design variable,and dimension,magnetic performance and mechanical performance as the constraint conditions.After such optimization,rotor loss of the motor wasdecreased by 16.7％,with other performances in compliance with the design requirements.Then a back-to-back test and temperature rise test were carried out in the model machine based on the optimization design results.The test results verify the reasonability of such optimization design and correctness of the method put forward in this paper.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2017(025)003【总页数】9页(P680-688)【关键词】电磁分析;多物理场;高速磁悬浮电机;永磁电机;有限元【作者】韩邦成;薛庆昊;刘旭【作者单位】北京航空航天大学惯性技术重点实验室,北京100191;北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室,北京100191;北京市高速磁悬浮电机技术及应用工程技术研究中心,北京100191;北京航空航天大学惯性技术重点实验室,北京100191;北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室,北京100191;北京市高速磁悬浮电机技术及应用工程技术研究中心,北京100191;北京航空航天大学惯性技术重点实验室,北京100191;北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室,北京100191;北京市高速磁悬浮电机技术及应用工程技术研究中心,北京100191【正文语种】中文【中图分类】TB853.29随着现代工业的发展，对高速永磁电机的应用越来越多，在国防领域有飞轮、控制力矩陀螺，民用领域有空调压缩机[1]、数控机床和高速离心设备等。
偏心转子的动力学分析和优化设计偏心转子是一种重要的机械结构，在机械传动、工具加工、风力发电等领域有广泛的应用。
然而，由于其复杂的结构和动态特性，偏心转子的动力学分析和优化设计一直是一个重要的研究领域。
一、偏心转子的结构偏心转子是由转子和偏振环组成的，偏振环在装配时将转子偏心，从而使得转子相对于轴线产生旋转。
偏心转子的结构如图1所示：图1 偏心转子结构示意图图1中，O为旋转轴，CE为转子长度，DF为偏振环半径，AD为转子直径，BG为偏心量。
二、偏心转子的运动特性偏心转子的运动特性主要包括偏心量、转速、转矩和振动等参数。
1. 偏心量偏心量是偏心转子的一个重要参数，它表示转子相对于轴线的偏移量。
偏心量越大，则转子产生的离心力和振动力也越大，极易产生机械失效。
2. 转速偏心转子的转速是指转子每分钟旋转的圈数，对转子的动态特性有重要影响。
转速过高，会导致转子产生很大的离心力和振动力，从而使得转子产生旋转不稳定和脱落等问题。
3. 转矩偏心转子的转矩是指转子所受的扭矩，它与偏心量、转速、转子质量和惯性等因素有关。
转矩越大，则转子的承载能力和稳定性越差，易产生机械失效。
4. 振动偏心转子的振动是指转子在运转中发生的动态振动，它与偏心量、转速、转子质量和惯性等因素有关。
振动过大，会导致传动系统的噪声、磨损和疲劳损伤等问题，严重影响机械设备的稳定性和安全性。
三、偏心转子的动力学分析为了更好地研究偏心转子的动态特性和稳定性，必须对其进行动力学分析。
偏心转子的动力学分析主要包括以下几个方面：1. 动力学模型建立偏心转子的动力学模型是研究其动态特性和稳定性的基础。
根据传动系统的结构和运动特性，可以建立偏心转子的运动学和动力学方程，进而求解偏心转子的稳定运动状态和振动响应。
2. 稳定性分析偏心转子的稳定性分析是指对偏心转子的稳态转动和失稳状态进行研究。
通过计算偏心转子稳态转动的关键参数，如稳态转速、阻尼和刚度等，判断其是否产生失稳运动，并分析失稳的原因和条件。
高速电机高速电机通常是指转速超过10000r/min的电机。
它们具有以下优点：一是由于转速高，所以电机功率密度高，而体积远小于功率普通的电机，可以有效的节约材料。
二是可与原动机相连，取消了传统的减速机构，传动效率高，噪音小。
三是由于高速电机转动惯量小，所以动态相应快。
高速电机正成为电机领域的研究热点。
基于以上优点，高速电机在以下各方面具有广阔的应用前景：（1）高速电机在空调或冰箱的离心式压缩机等各种场合得到应用［6］，而随着科学技术的发展，特殊要求越来越多，它的应用也会越来越广泛。
（2）随着汽车工业混合动力汽车的发展，体积小，重量轻的高速发电机将会得到充分的重视，并在混合动力汽车，航空，船舶等领域具有良好的应用前景。
（3）由燃气轮机驱动的高速发电机体积小，具有较高的机动性，可用于一些重要设施的备用电源，也可作为独立电源或小型电站，弥补集中式供电的不足，具有重要的实用价值。
由于高速电机转子上的离心力与线速度的平方成正比，高速电机要求具有很高的机械强度；又由于高速电机频率高，铁耗大，在设计时应适当降低铁心中的磁密，采用低损耗的铁心材料。
轴承的研究也是与高速电机密不可分的内容，因为普通轴承难以承受在高速系统中承受长时间运行，必须采用新材料和新结构的轴承。
目前人们正在研究的类型有气动轴承及磁力轴承。
高速电机可以有多种结构形式，如感应电机、永磁电机和磁阻电机等。
电机在高速旋转时的离心力很大，当线速度达到200m/s以上时，常规叠片转子难以承受高速旋转产生的离心力，需要采用特殊的高强度叠片或实心转子。
在转子动力学发展的近百年的历史中，出现过很多计算方法，发展到今天，现代的计算方法主要可以分为两大类：传递矩阵法和有限元法。
有限元法的运动方程表达方式简洁，规范，在求解转子动力学问题或转子和周围结构一起组成的复杂机械系统的问题时，有很多优点。
有限元法对复杂转子系统剖分庞大，计算结果比传递矩阵法准确，然而计算耗时长，占用内存大。
Http:^ Vol.62,2020,No.6Chinese Journal of Turtxjmachinery 考删性鹤瞬性的离心力券析太兴宇李凯华李云孟继纲肖忠会李健伟(沈阳鼓风机集团股份有限公司)摘要：API617标准中规定，如果基础结构刚度在0-150%最大连续转速范围内大于轴承刚度的3.5倍，则在动力学计算中不需要考虑弹性基础的影响，反之则需要在动力学模型中加入弹性基础特性。
目前很多实际应用的旋转机械都忽略了基础刚度的影响，这就导致一些机组的临界转速预估误差较大，使得转子在运行过程中振动过大。
本文通过对压缩机轴承区进行动刚度测试，从而得到压缩机基础刚度的实测数据，并以多项式传递函数的形式，将弹性基础的特性引入到转子系统中。
通过对转子系统横向振动的分析，得到基础特性的影响规律。
分析结果表明基础特性会影响转子的动力学分析结果。
关键词：转子动力学分析；弹性基础特性；动刚度测试；传递函数；临界转速中图分类号：TH452；TK05文章编号：1006-8155-(2020)06-0057-07文献标志码：A DOI：10.16492/j.坊s.2020.06.0007Rotordynamic Analysis of Centrifugal Compressor Considering Elastic Support CharacteristicsXing-yu Tai Kai-hua Li Yun Li Ji-gang Meng Zhong-hui Xiao Jian-wei Li(Shenyang Blower Works Group Corporation)Abstract：According to API617standard,if the dynamic stiffness of the foundation structure is greater than3.5times the bearing stiffness within the range of0-150%maximum continuous speed,the influence of the elastic suppout doesn't need to consider in the dynamic calculation,otherwise,elastic support characteristics should be considered in the dynamic model.At present,the influence of foundation stiffness is often ignored in many practical rotating machineries,which causes large errorin the prediction of critical speed and large rotor vibration in the process of operation.In this paper,the support dynamic stiffness were measured at the bearing locations and the support characteristics were considered in the rotor system using polynomial transfer functions extracted from the measured data.The effect of elastic support was obtained by rotor vibration analysis.The results show that the characteristics of support can affect the rotordynamic analysis results.KsyWOrdS:Rotordynamics,Elastic Support Characteristics,Dynamic Stiffness Test,Transfer Functions,Critical Speed*基金项目:国家自然科学基金-联合基金项目(U1808214)・57・0引言API617皿中规定,当支撑结构的刚度值（来自于轴承座、底座和混凝土基础）高于轴承刚度的3.5倍时，可以不考虑其影响。
ansys apdl转子动力学计算例子ANSYS APDL是一种广泛使用的工程仿真软件，它可以帮助工程师对复杂的机械系统进行建模、分析和优化。
在机械系统中，转子动力学是一个非常重要的部分，因为它对于电力机械和涡轮机械等许多领域的工程应用和设计都有着至关重要的影响。
在本文中，我们将讨论如何使用ANSYS APDL进行转子动力学计算的一些例子。
1. 建立转子动力学模型在进行转子动力学计算之前，我们需要首先建立一个完整的动力学模型。
这个模型应该包括转子、轴承、密封、电机等关键部分。
在ANSYS APDL中，我们可以使用Multiphysics工具进行建模和分析。
Multiphysics工具可以帮助我们将不同的物理场耦合在一起，例如结构、热、电、磁等，并进行模拟计算。
在建模过程中，我们需要考虑到不同的转子部件特性，例如质量、惯性、刚度、阻尼等。
同时，我们还需要考虑到轴承和密封的特性，因为它们对于转子运转的稳定性和寿命有着非常大的影响。
2. 确定运动方程在建立完整的动力学模型之后，我们需要确定运动方程。
这些方程可以描述转子在运转过程中的加速度、速度和位移等变化情况。
在ANSYS APDL中，我们可以使用Modal或Transient 分析进行转子动力学计算。
Modal分析可以帮助我们确定转子在自然频率下的振动特性。
而Transient分析则可以帮助我们模拟转子在运转过程中的动态响应。
3. 执行转子动力学计算当我们确定了转子动力学模型和运动方程之后，我们就可以执行转子动力学计算了。
在ANSYS APDL中，我们可以使用ansys.mechanical.rotorst模块进行转子动力学计算。
ansys.mechanical.rotorst模块可以模拟转子在运转过程中的动态响应，并计算转子的振动、应力和变形等参数。
在执行转子动力学计算之前，我们需要输入各种参数和条件。
例如，我们需要设置转子的转速、工作条件、轴承特性、密封特性等。
风电机组多级行星齿轮系统动力学特性分析目录1. 内容概要 (2)1.1 研究的背景和意义 (2)1.2 国内外研究现状和发展趋势 (3)1.3 本文研究内容和结构安排 (5)2. 风电机组多级行星齿轮系统概述 (6)2.1 风电机组的组成和工作原理 (7)2.2 多级行星齿轮系统的结构特点 (8)2.3 齿轮系统的功能与优势 (9)3. 风力发电机组多级行星齿轮系统动力学特征分析 (10)3.1 齿轮系统动力学理论基础 (11)3.1.1 动力学基本原理 (12)3.1.2 线性与非线性动力学系统 (14)3.2 齿轮系统的动力学模型建立 (15)3.2.1 刚体动力学模型 (16)3.2.2 弹性与刚体耦合系统模型 (17)3.3 齿轮传动动态响应分析 (18)3.3.1 瞬态响应分析 (20)3.3.2 稳态响应分析 (21)4. 多级行星齿轮系统动力学特性影响因素 (23)4.1 齿轮参数对系统动态特性的影响 (24)4.2 设计与制造精度的影响 (25)4.3 边界条件与环境因素 (27)5. 多级行星齿轮系统动力学特性的数值模拟与分析 (28)5.1 数值模拟方法的原理 (29)5.2 齿轮系统动力学仿真 (30)5.2.1 动态方程求解 (32)5.2.2 仿真参数设定与控制 (33)5.3 仿真结果的解析 (34)6. 多级行星齿轮系统动力学特性优化 (36)6.1 系统动态性能优化目标 (36)6.2 优化设计策略与方法 (38)6.2.1 参数优化 (39)6.2.2 结构优化 (41)6.3 实例分析与优化后效果评估 (42)7. 结论与展望 (43)7.1 研究的结论 (44)7.2 未来研究方向 (45)1. 内容概要本报告专注于风电机组多级行星齿轮系统的动力学特性分析，旨在深入理解这一关键机械结构在其操作过程中的动态行为。
风电机组的设计和性能直接影响到整个风力发电系统的稳定性和效率，尤其是多级行星齿轮系统作为其核心传动部分，其动力学特性分析尤为重要。
