近日，课题组在过盈配合界面及磁悬浮轴承领域相关工作以“Numerical and experimental investigations on the dynamic behavior of a rotor-AMBs system considering shrink-fit assembly”为题目发表于期刊《Mechanical Systems and Signal Processing》。课题组徐园平副教授和法国国立应用科学学院（INSA Lyon）Jarir Mahfoud副教授为本文的通讯作者，博士后周扬为本文的第一作者，周瑾教授、张越博士分别为本文的第三、四作者，南京航空航天大学为第一单位。

磁悬浮轴承-转子系统凭借其无摩擦、主动可控等优势，如今被广泛地应用于透平机械中。随着磁悬浮透平机械向高速大功率发展，转子上安装零件的过盈配合界面增多，在悬浮状态下极易诱发转子的自激振动，当自激振动严重时会危害系统的稳定运行，因此必须研究过盈配合界面接触造成的自激振动特性。本文围绕考虑过盈配合界面接触的磁悬浮轴承-转子系统精确建模、动力学特性分析开展了理论、仿真和试验研究。 

本文建立了考虑过盈配合界面接触的磁悬浮轴承-转子系统模型。由于磁悬浮轴承是存在能量输入的有源系统，过盈配合的非连续接触界面在电磁激励下产生激发转子自激振动的内部时变扰动。为表征这种界面扰动对磁悬浮轴承-转子系统的影响，提出了过盈配合附加刚度矩阵和考虑接触状态的时变接触力模型，并以正反馈的形式加入到闭环系统模型中。该时变接触力模型由接触界面相对位移、接触刚度、接触区域三部分构成，通过推导用于表征连接界面间的力-位移关系的等效附加刚度矩阵，获得电磁激励下界面间的相对位移；通过采用基于分形理论和赫兹接触理论的过盈配合粗糙界面微观接触模型，计算过盈配合接触载荷在接触界面产生的接触刚度；考虑界面接触状态时变特征，通过坐标变换和空间几何投影得到实际界面接触区域。基于以上建立的模型，开展系统动力学特性计算及分析，采用控制变量法分析了过盈量、配合长度等过盈界面参数振动幅值的影响，并分别开展相应的试验验证。数值仿真和试验结果的一致性验证了模型和响应求解方法的准确性，结果表明：随着过盈量或配合长度的增加，振动幅值随之增加。基于以上参数对自激振动的影响规律，提出了避免自激振动的过盈界面接触参数设计指导准则。将电磁力和接触力以负刚度的形式引入到机电一体化模型状态矩阵中，通过该状态矩阵计算闭环系统特征根随参数的变化轨迹，以特征根实部小于零为系统稳定判据，在特征根轨迹中确定过盈配合参数稳定域。

图1 磁悬浮轴承-转子系统圆柱配合界面接触示意图

图2 圆柱配合接触界面建模示意图

图3 考虑圆柱配合界面的磁悬浮轴承-转子系统全闭环机电一体化模型框图

图4 圆柱配合界面参数稳定域

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2024.111980

2024_mssp_zhouyang.pdf