剛性飛輪轉子臨界轉速下的振幅分析

任正義，黃 同，周元偉，張紹武

（1.哈爾濱工程大學工程訓練國家級實驗教學示范中心，黑龍江 哈爾濱 150001；2.哈爾濱工程大學機電工程學院，黑龍江 哈爾濱 150001）

1 引言

飛輪儲能系統是一種用高速旋轉的轉子儲存能量的慣性裝置[1-2]，為了使轉子系統的機械磨損減少，儲能效率量達到最大，磁懸浮軸承逐漸被廣泛用作支撐軸承。這對轉子系統的動態精度提出了更高的要求。對于高轉速的旋轉機械，在達到工作轉速的過程中需要越過臨界轉速，由于不平衡量和陀螺效應的存在，轉子在通過臨界轉速時會產生很大的振動。因此研究飛輪轉子在通過臨界轉速時的振動幅值以及影響因素是十分有必要的。

文獻[3]研究了高速電機機組軸系的臨界轉速及振動模態，并分析了聯軸器剛度和結構參數對臨界轉速的影響。文獻[4]分析了盤式轉子分別以定角加速度和定功率通過兩階臨界轉速的瞬態振動。文獻[5]研究了具有非對稱剛度的簡單Jeffcott 轉子系統等變速過程的瞬態響應。在大多數情況下，轉子的非平穩響應很難獲得。Dimentberg（1961）將Jeffcott 轉子以恒定的角加速度運行時，獲得了菲涅耳積分表達式的解析解[6]。大多數轉子瞬態分析只研究了轉子徑向二自由度的偏移，沒有分析徑向的偏轉。因此這里建立了四自由度轉子瞬態運動微分方程，利用龍格庫塔數值積分法，分析了600Wh 飛輪轉子系統在通過低階臨界轉速的振動響應，并分析了角加速度和等效阻尼對其特性的影響。……