智能刚度测量仪

本文介绍了高精度光栅位移传感器，经过对光栅输出的电信号的电路和软件细分等处理后，智能光栅传感器的测量范围２０ｍｍ，分辨率１μｍ、由位移传感器、压力传感器和测试台组成智能波纹管刚度测量仪系统。在测量系统中对由压力产生的位移误差以及压力的非线性误差进行误差补偿，提高测量精度一个数量级别，最后测量精度为２‰。刚度测量仪可以自动测量波纹管，测量时间１０秒／件，最后由打印机直接打印出所测量刚度、压力、位移的数值。     

磁悬浮轴承转子位移检测技术

在综述电涡流式、电感式、电容式、光电式等几种主要位移传感器原理、性能及其适用范围的基础上,分析使用位移传感器所带来的一系列问题,论述了磁悬浮轴承无传感器技术的基本思想,并比较了几种磁悬浮轴承无传感器检测方法的优缺点.最后,对磁悬浮轴承位移检测技术的发展趋势做了进一步阐述.     

基于DSP2812的磁悬浮轴承位移检测控制系统设计

针对磁悬浮轴承系统位移检测的特点,设计了一套以TMS320F2812 DSP为核心的磁悬浮轴承位移检测控制系统.详细介绍了电涡流位移传感器的工作原理,设计了磁悬浮轴承系统的数字控制器、位移信号调理电路等相关硬件电路,并对所设计的位移检测数字控制系统进行了软件实现,给出了主程序和中断子程序流程图,最后,对所设计的磁悬浮轴承位移检测数字控制系统进行了试验验证.     

电涡流传感器谐振测量电路参数的优化选择

为了满足磁悬浮轴承系统高精度的位移检测要求,必须对位移传感器的测量电路参数进行优化设计。文章从电涡流传感器的原理出发,介绍了谐振检测电路的工作原理,分析了谐振检测电路各参数对灵敏度的影响,提出了谐振测量电路参数优化的方法,利用这种参数优化方法来提高电涡流位移检测传感器的灵敏度简单、切实有效。     

磁悬浮轴承横向磁通传感器设计与分析

横向磁通传感器因结构紧凑和高检测精度在磁悬浮轴承系统中具有广阔的应用前景。 随磁悬浮轴承技术的发展,对横 向磁通传感器的检测性能提出了更高要求。 为进一步提升横向磁通传感器的性能,满足磁悬浮转子高精度位移监测需求,本文 针对灵敏度指标对传感器进行设计与分析。 通过建立传感器的数学模型和电磁场有限元分析,研究了激励频率和线圈参数之 间的关系。 对传感器线圈匝数与灵敏度的相关性进行了数值研究,从检测转子的角度分析了趋肤效应对传感器灵敏度的影响。 设计了传感器信号处理电路实现由位移信号到电压信号的转换,并搭建实验平台对传感器的输出特性进行测量。 实验结果表 明,当灵敏度为 20 mV/ μm、检测范围为±500 μm 时,传感器的线性度为 0. 69% ,且具有良好的动态特性,适用于磁悬浮轴承系 统的转子高精度径向位置检测。     

磁悬浮轴承转子位移检测技术(续完)

在综述电涡流式、电感式、电容式、光电式等几种主要位移转感器原理、性能及其适用范围的基础上,分析使用位移传感器所带来的一系列问题,论述了磁悬浮轴承无传感器技术的基本思想,并比较了几种磁悬浮轴承无传感器检测方法的优点.最后,对磁悬浮轴承位移检测技术的发展趋势做了进一步阐述.     

磁悬浮转子系统中涡流传感器的工作特性研究

根据涡流位移传感器的工作原理及其在磁悬浮转子系统中的应用,介绍磁悬浮转子的工作环境以及对传感器的影响,分析涡流传感器在变化磁场环境下的误差来源以及表现形式,设计实验并测试了涡流传感器在变化磁场环境中的工作特性。实验结果表明:磁力轴承的变化磁场以及磁滞特性也是影响涡流传感器测量精度的一个重要原因,磁悬浮转子检测系统需要考虑磁场环境对测量精度的影响,对进一步提高磁悬浮转子的控制精度具有重要的参考价值。     

一种冲压外圈轴承高度测量装置研究

国内轴承生产厂商主要是采用量规、卡尺对轴承高度进行手动测量,测量效率低,容易造成疲劳操作带来经济损失。现设计了一种基于单片机的无内圈、冲压外圈轴承的高度自动测量装置。该装置采用电感式位移传感器,将高度尺寸的变化值转变为传感器输出电压值,由AT89S52单片机作为控制芯片构成的测量系统,很好地适应了快速的生产节拍需求,并利用VB开发人机界面。该测量装置能精确地测量这种轴承的高度,自动化效率高,满足了生产需求,是一款实用的测量装置。     

用于磁悬浮轴承位置控制的差动检测电路设计

磁悬浮轴承位置控制系统中,因使用的电涡流位移传感器存在较大的温度漂移而导致位置控制精度不够高。为解决此问题,设计了一种位移差动检测与控制电路,用差动测量的方法减小温漂和其他干扰的影响。实验表明,与用单一位移传感器直接测量的方式相比,此法能较好地提高磁悬浮轴承位置控制精度。     

传感器径向安装检测转子轴向位移的试验

在磁悬浮轴承中,经常采用转子轴向位移轴向检测的方法,但是不能满足某些空间受限场合的应用要求。针对此问题,本试验采用在转子回转表面加工台阶,传感器径向安装在台阶处,研究了不同安装间隙、不同高度台阶、不同转子径向位移情况下对转子轴向位移测量结果的影响。试验结果表明,在传感器线性测量范围内,传感器输出电压与转子轴向位移成正比,利用径向安装传感器对转子轴向位移进行测量的方法是可行的。     

磁力轴承刚度的实验测量方法

在磁力轴承研究中关于磁力轴承刚度存在两种不同的定义,从转子受力分析和控制系统传递函数角度看,这两种刚度定义之间存在差异。针对两种不同的刚度定义分别给出了其测量方法,并设计了磁力轴承刚度测量的实验系统。该实验系统可以实现磁悬浮转子静态悬浮、刚性旋转和柔性旋转工作状态下的刚度测量。     

电磁轴承动刚度的自动测量

针对电磁轴承动刚度难以测量的问题,构建了一套简单的刚度测量系统用来自动测量电磁轴承的动刚度。该系统采用电磁轴承的数字控制器、功放、电磁铁作为激振器,电磁轴承的电涡流传感器作为拾振器,自行研制的测量分析系统作为测量分析工具。给出电磁轴承动刚度的测量结果。测量结果表明,该系统能较准确测量电磁轴承的动刚度。此测量系统还可以用于其他轴承刚度的测量,也可用于系统辨识。     

飞轮储能磁轴承系统结构及其悬浮特性

介绍了一种由径向永磁轴承与电磁推力轴承组成的单轴主动控制的飞轮储能磁轴承系统结构 ,径向永磁轴承提供径向恢复力与轴向悬浮力 ,电磁推力轴承提供轴向恢复力。并对系统的结构参数计算及其磁悬浮特性进行了分析与讨论。研究结果表明 ,永磁轴承动、静磁环轴向位移对系统承载力与刚度有明显影响 ,采用多对磁环永磁轴承 ,有利于提高系统承载力与径向刚度     

A compact ultra-precision air bearing stage with 3-DOF planar motions using electromagnetic motors

We designed a novel surface motor stage supported by air bearings and driven by linear electromagnetic motors. This compact and simple planar stage is proposed for compact-sized precision machine systems, such as micro-machine tools or measurement systems requiring minimum X-Y stage height. Four single-phase linear motors with coils and iron cores are located under the base plate, and air bearings and cores with permanent magnets are attached under the moving table. The hard, non-magnetic alumina-ceramic base plate surface acts as a planar guide for the air bearings. The attractive magnetic force between the magnets and motor cores preload the air bearing to increase vertical stiffness. By simultaneously combining actuations of the motors, linear X and Y motion can be controlled, and angular motions can also be generated. A grid encoder is used to control planar motion, and the system is run by a programmable numerical controller. The thrust and attractive force were calculated using a magnetic circuit model. The designed prototype is 220 (L) × 220 (W) × 66 (H) mm³ in size with a 20 mm × 20 mm range of motion. After fabrication, basic aspects of the prototype, such as vertical stiffness and thrust force, were evaluated. Twenty nanometers of positioning resolution was obtained for the X and Y axes, and the three motions could be controlled independently.     

超导磁液推力轴承的结构设计及性能分析

为提高大型飞轮储能系统的效率和稳定性,设计了一种超导磁力与静压流体力相复合、由16块超导瓦和8块带小孔节流器的静压瓦组成的推力轴承。首先基于超导体局域模型和静压流体方程建立分析模型,然后采用解耦的方法分析复合轴承的刚度等性能指标,对复合轴承进行优化。结果表明复合轴承既可以保证稳定悬浮,又能保持较大的刚度,其功率损耗也在可接受范围内。     

五自由度磁悬浮轴承控制系统的研制

阐述了五自由度多输入多输出磁悬浮轴承控制系统,其复杂算法的实现依赖高效浮点数字信号处理器,而高速高精度A/D是合理采样的保证.分析了整个控制系统中传感器和功率放大器的功能和作用,通过试验研究得出了结论,控制系统的设计达到了预期要求,磁悬浮系统具有响应速度快、精度高及稳定性好等特点,可广泛用于生物医学等行业.     

Dynamic tilt characteristics of aerostatic rectangular double-pad thrust bearings with compound restrictors

Aerostatic rectangular double-pad thrust bearings with compound restrictors have often been used in linear guideway systems of ultra-precision machine tools and precision measuring equipments, because high bearing stiffness is easily achieved in these bearings. However, in actual devices, various dynamic loads as well as static loads are imposed on these aerostatic bearings. Therefore, in this paper, the dynamic stiffness and damping coefficient of this type of bearing for tilt motion of a shaft are investigated, both theoretically and experimentally. It was consequently found that the dynamic tilt characteristics of the aerostatic thrust bearings considered in this paper are greatly influenced not only by design parameters such as the groove position and the groove depth but also by the squeeze effect.     

推力盘发热对电磁轴承-转子系统静态精度的影响

以膨胀机为例建立了稳态条件下轴向温度的线性分布方程 ,并以此为基础讨论由于温度变化分别通过转子热膨胀和传感器温漂对电磁轴承 -转子系统静态精度的影响以及控制途径     

Modeling and performance evaluation of machining spindle with active magnetic bearings

Active magnetic bearings (AMBs) are increasingly employed in the machine tool industry to exploit their advantages over classical bearings such as high speed capability, rotation accuracy, high stiffness, and accurate displacement tracking capability. Furthermore, the possibility of on-line monitoring of the machining process (e.g., cutting force measurement, tool wear) makes AMB spindles very appealing to the High-Speed Machining (HSM) industry. Despite significant progress already reached in HSM technology, there remain numerous open challenges in modeling and control of magnetic bearings as applied to machining spindles. These include optimum control given AMB magnetic saturation levels, management of nonlinear effects, reduction of chatter, and rotor properties. This paper describes a five-degree-of-freedom, high-speed machining spindle supported on AMBs. The rotordynamic modeling and experimentally extracted transfer functions are presented and analyzed. The experimentally measured tool tip compliance is used to compare PID and mu-synthesis control schemes. The primary finding is that the achieved tool tip stiffness is substantially higher with the μ-synthesized controllers than with the best PID we were able to design.     

永磁磁轴承数学模型的研究

对永磁磁轴承的5种建模方法及所建立的数学模型进行了比较,并以径向磁轴承为例进行了计算。发现在形状、尺寸和磁化强度相同的情况下,磁环轴向磁化与径向磁化所得的径向刚度及轴向力均存在差异;将环形磁体作为无限长条形磁体处理,忽略磁环曲率影响,建立的通用模型仅适用于磁环直径相比磁环截面而言非常大,且磁环截面尺寸比气隙小或相等的情况:采用等效磁荷法,按磁化方向不同建立的数值积分模型,能够较好地描述磁轴承径向力及轴向力随动、静磁环相对位置变化而变化的特性。