高速电主轴动态非接触电磁加载研究

针对高速电主轴接触式加载存在结构复杂、磨损及振动大等问题,提出一种非接触式电磁加载方法。该方法中动态电磁力可模拟主轴实际切削力载荷,实现高速电主轴动态非接触加载。利用电磁理论建立了非接触电磁加载模型,分析了电磁力的影响因素。解决了实现电磁加载的关键技术,并完成加载实验台整体设计。在转速为9 000 r/min、励磁电流为40 mA的加载条件下,针对170MD18Y16型磨削电主轴进行了动态加载实验,并对比了励磁电流和转速变化时动态电磁力的理论和实测值。结果表明,动态加载理论值与实测值变化一致,二者误差较小,验证了动态非接触电磁加载方法的有效性,且改变励磁电流和转速可实现不同条件的加载。     

高速电主轴非接触加载动态电磁力分析与计算

高速电主轴可靠性实验中非接触电磁加载装置需按实际载荷控制径向电磁力。为实现径向加载的闭环控制,建立了高转速加载时的动态电磁场解析模型,该模型综合考虑了实心加载盘高速旋转时产生的涡流磁场及对磁极原磁场的影响。对磁场解析模型的分析、求解得到了径向加载电磁力的解析表达式。解析计算结果表明磁极原磁场及加载盘转速是影响径向加载电磁力的主要因素。为验证解析计算的有效性,采用有限元法(FEM)建立了动态电磁场的三维仿真模型,得到了较为精确的仿真计算结果。为进一步验证径向电磁力分析的准确性,实测了加载盘在不同转速下的径向电磁力,结果表明计算值与实测值较吻合,证明动态电磁力分析与计算方法正确,研究结果可建立径向加载的控制模型。     

高速主轴非接触气膜加载刚度测试台的研制

针对主轴高速旋转情况下静刚度测试难以实现的难题,研发了一种非接触气膜加载装置。该装置由气膜加载器和5自由度调节机构组成,通过在气膜加载器与被测主轴间形成静压气膜的方法,实现了对被测主轴的非接触加载。与电磁加载方式相比,该装置对被测主轴的转速和运转时间没有限制,可在静止、高速及超高速下对主轴施加径向和轴向载荷,从而实现对旋转状态下的径向及轴向刚度的测试。此外,它还具有结构简单和加载力大小调节方便的特点。详细描述了该加载装置的加载原理和构成。同时对几种不同电主轴进行了实际加载实验,得到了旋转状态下的静态刚度与回转速度之间的关系。     

高速电主轴非接触加载装置的设计

高速电主轴作为数控加工中心等的核心单元,对其可靠性等性能的分析有着重要意义。根据动态电磁力场的原理提出设计了电主轴的非接触加载装置,并加以传感器系统来测量和分析电主轴的温升情况,并对加载力和加载机构进行了计算和设计,解决了传统加载方式存在的问题,提高了分析的可靠性。     

高速电主轴电磁加载的切向力分析

非接触电磁加载实现了高速电主轴的动态加载。在动态加载过程中,由于实心加载盘的高速旋转,其内部产生的涡流以及集肤效应会对电磁铁产生的磁场造成影响,而且随着转速的提高,影响更加明显,会导致径向力逐渐减小,并且产生切向力。本文旨在研究电主轴在动态加载时切向力在不同条件下的变化关系,主要利用解析法与有限元法分析计算加载过程中的切向力,其计算结果较吻合。通过分析不同条件下的动态加载过程,发现切向力的变化具有一定规律,切向力会随着转速、电流以及气隙的变化而产生增加或减小的趋势,最终得出了切向力的加载特性规律。     

高速电主轴电磁加载温升分析

加载盘的温升是非接触电磁加载装置动态加载过程中的主要问题之一。电磁加载的本质是利用电磁力来模拟工作载荷,而在动态加载过程中加载盘内会产生涡流,从而导致加载盘发热。主要分析加载盘在不同转速下的温升情况。通过红外测温仪对加载盘进行实时温度测试,以分析、计算热功率为基础,根据加载装置实际尺寸利用瞬态热路法对加载盘温升进行求解,最终得到不同转速下加载盘温升的变化情况以及加载盘的温升特性,为改善本电磁加载装置提供了重要依据。     

水润滑轴承加载装置电磁力动态变化机理研究

针对电磁加载装置电磁力在动态载荷模拟试验中的不稳定现象,为了给水力机械中的水润滑轴承性能研究提供准确载荷,电磁力动态变化机理需深入研究.首先,通过理论推导得到了电磁加载装置电磁力动态变化数学模型;其次,建立了电磁加载装置物理模型并进行有限元分析,获得了电磁力、磁阻力矩与磁通密度等参数的变化规律;最后,进行了电磁加载装置...     

高速电主轴加载试验的研究

针对电主轴转速高进行加载试验难以实现的情况,提出应用对拖式方法对其进行加载.详细描述对拖式加载方法的系统构成和加载原理,该系统不但可以完成对电主轴的加载,还可以测出加载过程中电主轴的基本参数,并绘制相应的特性曲线,使电主轴在不同工作点的状态一目了然.应用该系统对15 000 r/min的电主轴进行加载试验,通过对测得数据的处理和分析,验证对拖式加载系统的正确性和可行性,为高速电主轴动态性能的研究提供一种新的方法.     

水润滑轴承加载装置动态磁热耦合机理研究

针对水润滑轴承动态试验研究中电磁加载装置发热以及电磁力不稳定等现象,为了给轴承研究提供准确载荷,对电磁加载装置动态下的磁热耦合机理进行研究。首先建立了电磁加载装置能量损耗数学模型,对能量损耗进行理论分析;其次,构建了电磁加载装置物理模型,进行磁热耦合仿真分析,得到了磁感应强度、铜损耗以及铁损耗的变化规律;最后,进行电磁加载装置能量损耗试验。研究结果表明：动态下电磁力不稳定的主要原因是加载装置存在能量损耗,且以铜损耗与铁损耗为主;能量损耗与轴转速、加载装置激励电流以及初始温度有关,在激励电流1～3 A、转速0～1 800 r/min以及温度22～50℃工况下,电磁力试验值与仿真值最大误差为4.7%。     

基于高压水射流的高速电主轴柔性加载系统研究

高速电主轴的动态加载是测试其动态性能、寿命和可靠性等的关键环节.然而,高速电主轴的结构特征和极高的转速,使得其难以实现动态加载.基于高压水射流技术的高速电主轴柔性加载系统首次被设计、制造并测试,描述了该加载系统的原理、结构和组成.利用连续动量方程推导了射流冲击力模型.通过射流冲击力标定试验和射流流体有限元仿真,得到了加载力与靶距、射流压强、流量、喷嘴直径、标靶直径、转速之间的关系,实现了高速电主轴径向力和轴向力的定量加载.此外,利用该加载系统测试了径/轴向力对高速电主轴动态性能的影响,试验结果表明:①高压水射流技术可以为高速电主轴提供稳定的、长时的动态加载;②高速电主轴的温升、功率损耗和振动会随着径/轴向负载力显著增大,空载测试不能揭示高速电主轴的真实动态性能.为解决高速电主轴动态加载的难题提供了一种全新的试验方法.     

陶瓷电主轴空载电磁振动试验的研究

近年来,对高速高刚度数控机床用电主轴的需求日益紧迫。采用陶瓷材料设计电主轴主要旋转部件可以提高电主轴极限转速及刚度。但由于陶瓷材料导热、导磁及导电及机械性能与金属材料差别较大,因此陶瓷电主轴电磁振动与金属电主轴有所不同。研究陶瓷电主轴电磁振动有利于实现电主轴的低噪声低振动优化设计。本文通过实验研究了陶瓷电主轴的电磁振动特性。     

紧凑型高速电主轴拉刀机构静动态特性分析与优化

介绍了紧凑型高速电主轴的结构设计,建立了主轴-拉刀机构双转子系统模型,研究了电主轴拉刀机构的静动态特性,得到了工作状态下电主轴的静态位移、振型、固有频率以及关键点的响应位移。对主轴-拉刀材料、轴承预紧力、轴承组跨距、主轴-拉刀接触刚度以及主轴-刀柄接触刚度等参数进行优化设计。结果表明优化后电主轴的静动刚度均满足要求、固有频率提高、电主轴安全工作频率区间增大。电主轴模态测试结果证明了以上结果的可靠性。该研究为紧凑型高速电主轴的设计提供了理论基础。     

高速精密角接触球轴承在电主轴中的应用

高速精密角接触球轴承在电主轴中的应用涉及选型、加载和润滑等多个方面，合理的使用方式可以优化主轴性能和高轴承实际寿命。本文从实践角度分析了如何在电主轴中科学地应用高速精密角接触球轴承。     

基于加载状态下动态特性预测的高速电主轴结构参数优化方法

电主轴高速运转状态下承受切削载荷时的动态特性对电主轴加工效率和加工质量具有重要且直接的影响,但迄今针对该工况下主轴动态特性的设计方法欠系统深入研究。文中提出了基于加载状态下动态特性预测的电主轴结构参数优化的思想。基于模态理论和有限元法,建立了高速电主轴系统高速状态下受不平衡力和外加载荷的动力学模型;利用该模型定量研究了主轴跨距、电机转子外径等结构参数对电主轴静刚度、临界转速和动态挠曲线的影响规律;提出了具体的参数优化途径,研究证实了所提出优化方法的有效性。     

永磁同步电主轴电磁振动研究

建立了永磁同步电主轴电磁场和电磁振动有限元仿真模型,借助MATLAB软件对振动仿真结果进行频谱分析,得到了电磁力波的波次和频率。将仿真结果与实测加速度频谱进行比较,验证了该有限元模型的实用性。分析了永磁同步电主轴电磁振动产生机理。确定了电磁振动产生的原因是径向电磁力引起的电主轴定子的共振。提出电磁力波形重构的分析方法,消除了与定子结构固有频率相近的谐波成分,从而降低了电主轴的电磁振动。为永磁同步电主轴减振研究提供了一种新的方法。     

U/f控制下高速电主轴的低频电压补偿与负载特性分析

主轴磁通作为高速电主轴机电能量转换的唯一媒介,在高速电主轴的运行过程中,磁通的大小和稳定性将决定主轴的转矩输出能力和转速差的大小,是高速电主轴设计与控制的重要参数.因此为了保证高速电主轴运行时主轴的磁通恒定不变,从高速电主轴的稳态性能出发,根据高速电主轴电路等效的基本思想和变频调速原理,论述主轴在U/f控制下低频运行时...     

磁流变缓速器加载装置动态加载试验研究

为分析磁流变缓速器在不同载荷下的工作性能,设计了一种为其提供不同的工作载荷的加载装置。该加载装置采用行星轮系的加载方式,具有空载启动、运转中变载、加载行程角无限等性能。本文对所设计的加载装置进行了动态加载试验研究,并对试验结果进行了分析。分析结果表明,所设计的磁流变缓速器加载装置完全能满足加载要求。     

基于电磁变刚度的力控制装置研究

针对传统打磨工艺中接触正压力稳定性差、打磨后表面粗糙度高等问题,基于线圈-永磁铁非接触式共轴组合的电磁交互效应,设计了一种接触力实时可控的变刚度装置。基于Robertson理论,建立线圈-永磁铁电磁系统输入电流到输出力的解析映射模型。在此基础上,采用复化高斯积分方法对电磁力控装置的结构参数进行了优化设计。基于PID算法,设计了该电磁力控装置的自适应力控制策略。最后进行车身表面缺陷机器人自动化打磨对比实验,实验结果表明,电磁力控装置能有效降低打磨后的表面粗糙度,提高表面质量。     

转子静偏心状态下机床电主轴电磁力有限元分析

电磁振动是电磁直驱型机床电主轴不可回避的振动来源,为了抑制电磁振动需要探讨其电磁力的频谱特征。推导了三相异步电主轴的电磁力波计算公式,重点分析了转子偏心状态下的电磁力波特点。基于Ansoft电磁场计算软件,建立了某国产电主轴的电磁场有限元分析模型,获得了电主轴的运行特性曲线。研究了转子在不偏心和偏心状态下的电磁力频谱变化规律,结果表明,静偏心会使电磁力力波成分更为丰富; 偏心的增加不会影响电磁力的阶次和频率分布,但与不平衡磁拉力的幅值和低阶力波幅值成正相关关系,将加剧电主轴的振动。     

一种纵切车床电主轴结构的创新设计

通过对纵切车床电主轴ADY170-03夹紧松开和锁紧制动机构及其功能的研究,结合目前液压传动技术,设计了一种新型的纵切车床电主轴ADZ170-03,采用油压直接控制主轴工作时工件的夹紧松开和主轴的锁紧制动,取代机械传动和摩擦制动,过程平稳,可靠性高,同时,设计在线动平衡调整装置,借助电磁力调整在线调整主轴的动平衡状态,具有更强的实时性和更高的平衡效率。