磁悬浮直线进给单元支承立柱设计及定位分析

针对机床用磁悬浮直线进给单元设计过程中的磁悬浮支承问题,比较了两种磁悬浮工作原理,确定了单自由度吸力型磁悬浮支承模型,并推广到五自由度磁悬浮直线进给单元模型的建立。运用SolidWorks三维软件设计了两种磁悬浮直线进给单元支承立柱,并运用ANSYS有限元软件对其进行定位分析,计算出了两种平台的支承立柱在进给方向和导向方向的最佳位置。所做的计算与分析可用于机床用磁悬浮直线进给单元结构的优化设计。     

磁悬浮驱动式无油涡旋压缩机驱动力分析

为了解决无油涡旋压缩机的润滑问题,提出一种磁悬浮驱动式无油涡旋压缩机。基于涡旋压缩机的力学理论,充分考虑到无油涡旋压缩机工作时的实际状况,结合磁悬浮技术,设计出一种可以避免使用轴承和防自转装置的无油涡旋压缩机。通过数值计算软件对磁悬浮驱动式无油涡旋压缩机的动涡盘进行受力计算,详细分析了涡旋齿节距不同情况下动涡盘在不同转角下的受力;利用有限元分析软件对无油涡旋压缩机提供驱动力的E-I型电磁铁、U-I型电磁铁和U-U型电磁铁在不同气隙下的吸引力进行有限元仿真,并做了对比说明;最后把涡旋压缩机的受力与U-I型电磁铁的驱动力进行有效比较。结果表明:该新型涡旋压缩机在理论上是完全可以实现其正常工作,且有效避免了轴承与防自转装置的使用,同时还兼具了磁悬浮技术低磨损、无污染等特点。     

基于状态空间控制方法的磁悬浮系统稳定性研究

以单磁铁悬浮系统为基础,根据悬浮体的运动方程,和电磁铁绕组中控制电压与控制电流的关系,得到悬浮系统的开环系统结构图,并在平衡点处建立了磁悬浮系统的状态方程,利用极点配置法,使系统满足稳定条件。在此基础上对磁悬浮系统进行了仿真分析,通过对结果的分析可得出本文的控制方法能够对磁悬浮系统进行精确和有效的稳定控制。     

磁液双悬浮轴承单自由度支承系统稳定性分析

磁液双悬浮轴承采用液体静压与电磁悬浮的双重支承形式,在大幅度提高承载能力及刚度的同时,也使得其稳定性的影响因素较多,易诱发其支承系统运行不稳定。然而稳定性又是磁液双悬浮轴承结构设计及性能分析的前提及基础,因此本文拟对磁液双悬浮轴承单自由度支承系统进行稳定性分析及校正。首先,本文介绍了磁液双悬浮轴承的结构特点、支承调节机理。接着,基于力学平衡方程、电磁方程及流量方程,推导了轴承单自由度支承系统的传递函数,并对其支承稳定性进行了分析。研究表明:轴承单自由度支承系统存在右端极点是系统本质不稳定的主要原因。最后,采用根轨迹法与频率法对单自由度支承系统进行了稳定性校正,并利用Matlab软件对校正后的单自由度支承系统进行了检验。结果表明:校正后的支承系统稳定性得到了大幅度提升及具有良好动态品质。本文所做研究能够为磁液双悬浮轴承系统的结构设计及性能分析提供理论参考。     

磁液双悬浮轴承单自由度支承系统稳定性分析（英文）

磁液双悬浮轴承采用液体静压与电磁悬浮的双重支承形式,在大幅度提高承载能力及刚度的同时,也使得其稳定性的影响因素较多,易诱发其支承系统运行不稳定。然而稳定性又是磁液双悬浮轴承结构设计及性能分析的前提及基础,因此本文拟对磁液双悬浮轴承单自由度支承系统进行稳定性分析及校正。首先,本文介绍了磁液双悬浮轴承的结构特点、支承调节机理。接着,基于力学平衡方程、电磁方程及流量方程,推导了轴承单自由度支承系统的传递函数,并对其支承稳定性进行了分析。研究表明:轴承单自由度支承系统存在右端极点是系统本质不稳定的主要原因。最后,采用根轨迹法与频率法对单自由度支承系统进行了稳定性校正,并利用Matlab软件对校正后的单自由度支承系统进行了检验。结果表明:校正后的支承系统稳定性得到了大幅度提升及具有良好动态品质。本文所做研究能够为磁液双悬浮轴承系统的结构设计及性能分析提供理论参考。     

一种新型湿式旋转电磁铁的输出特性研究

旋转电磁铁的输出特性极大程度上影响着二维电液换向阀的动态特性。提出一种新的湿式旋转电磁铁以改善二维电液换向阀用旋转电磁铁的输出特性。在介绍新型湿式旋转电磁铁的结构及工作原理的基础上，基于电磁学及动力学方程推导该电磁铁数学模型，并通过仿真分析不同的安匝数以及不同形态的工作间隙对于新型湿式旋转电磁铁输出特性的影响。最后，测试了新型湿式旋转电磁铁样机的性能，试验结果与仿真结果基本一致，证明了所提出电磁铁具有良好的输出特性。     

主动磁悬浮电主轴系统建模与控制参数分析

为实现磁悬浮电主轴的稳定悬浮运行并满足加工精度要求,通过对某型号主动磁悬浮电主轴的结构和控制原理进行研究,在忽略主轴转子磁化和磁漏等非线性因素影响的前提条件下,通过对主轴转子在磁悬浮轴承中的受力分析,建立了磁悬浮轴承的电磁支承力与轴承气隙偏移量及控制电流的表达式,对基于不完全微分PID控制的磁悬浮电主轴系统的临界转速与磁悬浮轴承的电磁刚度进行了定量研究,得到不同PID控制参数下,磁悬浮轴承支承刚度随涡动频率的变化曲线及固有频率随PID控制参数的变化曲线图。研究结果为磁悬浮电主轴控制系统进一步设计使用和分析优化提供了依据。     

可植入血泵磁悬浮支承结构设计与研究

磁悬浮支承以其无机械接触的特点带来转子无摩擦、无需润滑、长寿命等优点,消除了机械磨损和摩擦。针对此提出了一种轴流式磁悬浮血泵的支承方法,该方法采用两个轴向永磁轴承和一个径向电磁轴承混合支承来实现转子的稳定悬浮。根据理论分析,完成对轴向永磁轴承的结构设计,并对轴向永磁轴承进行仿真分析。改变轴向永磁轴承的永磁环数目,分析轴承刚度和承载力的变化,结果表明,当每个轴向永磁轴承的动、静磁环各采用一对永磁环时,满足血泵的支承要求。     

电液控制系统用电磁铁的动态特性研究

通过分析电磁铁的使用状况,依据经典设计理论设计出一款电液系统用本质安全型电磁铁,利用MAXWELL对所设计电磁铁进行了动态特性仿真,并搭建实验平台进行了动态特性试验。试验结果与仿真结果吻合,电磁铁性能较好,但仍存在需改进的问题。     

磁液双悬浮轴承单自由度支承系统解耦控制研究

磁液双悬浮轴承是以电磁悬浮为主，静压为辅的一种新型支承轴承，能够大幅度提高承载能力及刚度，适于中速重载的场合。由于液体静压系统特性为小间隙、强阻尼、正刚度、斥力型，而电磁悬浮系统特性为大气隙、弱阻尼、负刚度、吸力型，且两系统共同支承时相互耦合，互为干扰，大幅降低了支承系统的运行稳定性，因此本文拟研究磁液双悬浮轴承单自由度磁液两支承系统之间的耦合特性，揭示其耦合力的产生机理并设计解耦控制器。首先，本文介绍了磁液双悬浮轴承的结构特点、单自由度支承系统的受力形式以及控制调节机理。然后，建立了磁液双悬浮轴承单自由度支承系统的数学传递函数，揭示磁液两支承系统之间的耦合特征及影响规律。最后，设计了类前馈解耦控制器及对角阵解耦控制器，并通过Simulink模块对比分析了两种解耦控制器的解耦效果。研究表明：两种解耦控制器均能够有效减小单自由度磁液两支承系统间的耦合程度，但类前馈解耦控制器比对角阵解耦控制器具有更好的稳定性、准确性，更适用于磁液双悬浮轴承单自由度磁液两支承系统的解耦控制。本论文能够为磁液双悬浮系统的稳定控制提供理论参考。     

Decentralized control of a rotor system supported by magnetic bearings

The controller design for a permanent/electromagnetic magnetic bearing system that suspends a high-speed rigid horizontal rotor is investigated. The key points to ensure the stability of a rotor using this type of magnetic bearing are discussed. To facilitate implementation, a decentralized state feedback algorithm is proposed to stabilize the inherently unstable magnetic suspension system. Experimental results for the controlled system show that the system operates well at rotor speeds of up to 10,000 rpm.     

Development of a newly structured variable preload control device for a spindle rolling bearing by using an electromagnet

For high speed and high efficiency machining, the spindle of modern machine tools simultaneously requires high speed and high stiffness characteristics, and its range of use rotation is becoming wider. Both heavy cutting at low speed and light cutting at high speed must be carried out successively in series with a single machine tool spindle. As such, many studies are being carried out on variable preload control methods that apply a preload to a spindle rolling bearing, as an alternative to the existing fixed position preload and constant pressure preload methods. This paper introduces a newly structured variable preload control device that can arbitrarily adjust the preload applied to spindles employing a rolling bearing. The device controls the coil current on an electromagnet and thereby uses the magnetic force between the electromagnet and a magnetic substance to arbitrarily control the preload applied to the rolling bearing during operation. A prototype for the variable preload control device of the proposed structure was created and a functionality test was then carried out with a test bench prepared using a load cell. The operating principle of the proposed device was verified and the interrelationships between the coil current on the electromagnet and the preload applied to rolling bearing were analyzed through the functionality test. Lastly, the fabricated variable preload control device was applied to a prototype of a spindle system, and a rigidity test was carried out. The test results confirmed that the variable preload control device operates properly and smoothly.     

基于混合粒子群算法的圆柱型电磁铁优化设计

为了解决当电磁铁外型相同如何使电磁力最大的问题,将现有电磁铁设计思路应用到圆柱型电磁铁设计中,并采用改进的混合粒子群方法优化电磁铁内部结构参数。运用等效磁路法推导出电磁铁数学模型,并通过Maxwell有限元仿真对比验证准确性,然后采用单目标优化方法,得到影响电磁力的参数,最后采用改进的粒子群算法进行多目标优化,得到优化后的参数值。得到的几组优化数据表明：多目标优化方法得到的有效工作区域电磁力更大,仿真结果表明优化后的电磁力综合提高20%,证明优化方法有效。     

基于遗传算法优化的LQR主动磁悬浮轴承控制

主动磁悬浮轴承(AMB)是利用电磁线圈将电能转化成电磁能为转轴提供支撑的机械装置。在当代工业制造领域,相较于传统轴承,主动磁悬浮轴承因为拥有无机械摩擦损耗、使用转速极高、功耗小、噪声低等优点,经常用于对转速、精度、使用环境有特殊要求的场合。针对此提出一种基于遗传算法优化的LQR控制方式,能够利用最优控制的快速响应、超调量小的优点实现轴承的迅速悬浮定位,同时使用遗传算法针对最优控制的Q和R参数进行优化。遗传算法通过模拟生物进化的过程搜索最优解的计算模型,根据系统输出量的误差设定遗传算法的适应度,得到目标函数的近似最优解,最后将优化后的参数代入模型,在MATLAB平台实现仿真运行。     

大承载力径向电磁轴承的建模设计与分析

根据10 kW·h储能飞轮对支承系统的大承载力要求,提出12磁极E型径向电磁轴承结构,分析磁极个数对于支承性能的影响,建立12磁极径向电磁轴承的电磁力数学模型,并基于此对电磁轴承的结构展开设计。基于有限元软件,进行不同控制电流下的电磁轴承磁场分布仿真。基于所设计的径向电磁轴承试验台,进行不同间隙状态下的电磁力试验,仿真和试验分析结果验证了所提出磁轴承结构的合理性和可行性。     

立式转子跌落在保护轴承上的碰撞特性

保护轴承用于支承主动磁悬浮轴承系统中高速跌落的悬浮转子,其抗冲击性能直接影响磁悬浮轴承系统的安全性和可靠性。为研究立式主动磁悬浮轴承系统中保护轴承的抗冲击性能,以满装混合陶瓷球轴承作保护轴承,对转子-保护轴承系统进行受力分析,建立转子-保护轴承的动力学模型。利用多体动力学软件对转子跌落到保护轴承过程中保护轴承所受的碰撞力进行仿真,分析转子偏心状态下,跌落转速和动平衡精度等级对碰撞力的影响。结果表明:随着跌落转速和动平衡精度等级的提高,保护轴承所受的轴向碰撞力保持不变,径向碰撞力随之增大。     

高地隙喷雾机可调式支撑腿强度分析与结构设计

高地隙喷雾机可调式支撑腿上部连接承载着底盘机架、发动机及传动系统、药液箱及喷雾系统和驾驶室等部件,下部安装液压马达、轮胎等驱动行走系统,是实现高地隙喷雾机高度调节和轮距调节的核心关键部件。通过建立高地隙喷雾机可调式支撑腿三维数字样机模型,利用有限元方法计算了支撑腿不同调节工况位置下核心承载部件的结构强度,并根据计算结果对薄弱部位进行了加强设计。结果表明:该结构设计合理,为支撑腿结构最终定型和参数确认提供了理论依据和数据支撑,并在样机试制和作业试验中得到应用和验证。     

基于PD控制的磁轴承刚度与阻尼分析

刚度和阻尼是描述磁轴承特性的2个重要指标.本文以磁轴承为研究对象,从刚度和阻尼的定义出发,在磁轴承闭环控制系统结构变换的基础上,研究了系统的动刚度、动阻尼特性.应用劳斯判据分析PD控制器参数范围,在闭环系统稳定的前提下,结合仿真实例,从频域角度分析PD控制器参数与系统刚度、阻尼的关系,其结果对磁轴承控制器设计有一定指导意义.     

温度变化对电磁低压铸造磁感应强度的影响研究

模拟电磁泵工作状态下电磁铁的工作情况,在电磁铁上放置加热保温装置,内置热电偶进行温度监控,测量电磁铁在不同温度下磁隙间的磁感应强度。根据实验结果得到,对于同一励磁电流值,随着温度的升高,磁感应强度也增大,并对结果进行数学回归法分析,得出电磁泵实际工作下,即励磁电流为60A的情况下的磁感应强度By与温度T之间的函数关系式,提高了该项技术的可知性。