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。     

永磁同步型磨削电主轴偏心振动分析及实验*

电主轴是将旋转主轴与电机转子集成为一体的主轴单元,结构复杂,由于加工或装配误差等原因,电主轴转子会存在着一定的偏心量,为探求由于电主轴偏心所导致的转子振动特性,建立了电主轴转子偏心模型,采用Maxwell应力张量法计算了偏心造成的不平衡磁拉力(UMP),将UMP解析式代入Jeffcott转子模型,得到了转子偏心振动方程。以某磨床的永磁同步电主轴为研究对象,利用有限元方法分析了UMP,发现作用于转子的UMP始终指向气隙最小的方向,研究了不同转速下转子在质量偏心离心力和UMP作用下的振动响应。研究结果表明,电主轴在低速运行时,UMP为转子振动的主要来源;随着转速的增加,质量偏心离心力对转子振动的影响更加明显,而UMP大小保持不变,其频率随转速增加而增大,对转子振动的作用随之减弱。对某机床厂所研发永磁同步型磨削电主轴在试运行时产生的振动问题进行了实验,对主轴振动频谱分析后判断实验电主轴存在静态偏心,测得主轴轴心轨迹对前述分析进行了验证。     

基于内置力执行器的铣削颤振的主动控制

高速加工中铣削颤振不仅降低工件的表面加工质量,严重时还会造成刀具或者其他加工部件的损坏,因此对电主轴铣削颤振进行控制具有重要的意义。为对电主轴铣削过程中的颤振进行有效控制,在双绕组无轴承感应电动机的基础上,提出一种具有内置力执行器的感应型高速电主轴结构,建立电主轴—刀具系统的有限元模型、动态铣削模型、双绕组感应型电主轴电磁力模型,在对具有内置力执行器的感应型高速电主轴电磁力进行解耦后,提出基于内置力执行器的电主轴铣削颤振的主动控制方案,通过仿真分析控制器的主要参数对电主轴铣削稳定性的影响。结果表明采用具有内置力执行器的感应型高速电主轴能够有效地提高电主轴铣削的稳定区域以及在抑制铣削颤振方面具有明显效果。     

挠性转子变刚度阻尼支承系统振动主动控制（二）：次优控制规律

从理论上研究了采用变刚度阻尼支承主动控制转子——轴承系统的振动问题,分析和提出了在振动最优主动控制规律的有效频率范围以外,对转子——轴承系统进行次优振动主动控制的策略思想,及变刚度阻尼支承振动次优主动控制规律。根据此规律,从理论上阐明了采用变刚度阻尼支承,对转子——轴承系统进行过临界转速时的振动主动控制的原理和依据。作为示例,就一个三圆盘双支承的转子系统进行计算机仿真。仿真结果说明了本文分析的正确性及其对采用变刚度阻尼支承系统实现挠性转子振动主动控制的的理论指导意义。     

基于PMAC下砂轮-电主轴系统的振动特性与分析

本文介绍了开放式运动控制器PMAC、陶瓷电主轴及其特性，并分析了PMAC-PC控制下直线电机的性能。通过实验，对砂轮-电主轴系统的振动特性进行了分析，找到了影响电主轴系统振动的主要因素。     

径向电涡流阻尼器对柔性转子系统振动的控制

为了抑制转子系统的振动和研发高性能的转子系统振动主动控制执行元件,基于电涡流原理提出了一种新型的转子系统径向电涡流阻尼器,在一个带有双盘的柔性转子系统上详细地测量了不同磁场强度条件下径向电涡流阻尼器支撑的转子系统在非旋转状态下的传递函数、在恒定转速下的运动轨道以及在慢加速运行过程中的不平衡响应曲线,并进行了利用径向电涡流阻尼器对转子系统的振动进行分段和比例控制的有效性试验。结果表明了这种新型的径向电涡流阻尼器不仅具有结构简单、无需流体介质、无机械接触等特点,而且其动力特性还容易控制,在设计合理的条件下能够显著地减小转子系统的振动,是一种被动和主动兼备具有良好发展和应用前景的转子系统阻尼结构。     

永磁同步电机的振动控制分析

在永磁同步电机悬浮的理论分析的基础上,对永磁同步电动机产生的电磁力进行分析,并且研究了电磁力的产生过程。最后通过有限元仿真软件ANSYS对永磁同步电动机的结构模态进行仿真分析,得到模态振型和相应的模态频率。研究结果表明,永磁同步电机的振动主要由定、转子之间的径向电磁力引起的,对电机的优化设计及振动控制分析提供一定的理论依据。     

电磁轴承-无轴承电机系统在转子主动控制的应用研究

主动磁轴承借助电磁力来控制转子的振动,无轴承电机在实现转矩控制的同时实现电机的悬浮控制。本文在对永磁偏置三自由度电磁轴承和两自由度无轴承电机的磁悬浮机理一般性描述的基础上,分析了其产生的悬浮控制力。并以转子电磁振动为研究对象,结合电磁轴承和无轴承电机的特点,提出利用一种新型的五自由度磁悬浮异步电机作为执行机构对转子电磁振动进行主动控制,实现了转子系统稳定工作。此系统可以有两方面的应用,既可以用做转子的支承,也可以用做转子振动主动控制的增稳。     

电磁力参数快速寻优的转子多频振动抑制研究

针对转子-轴承系统中的转子多频振动问题,以转子-轴承-电磁作动器系统为研究对象,建立装有电磁作动器的转子系统动力学模型,提出了一种基于电磁力参数快速寻优的转子系统多频振动主动抑制方法。采用变步长寻优策略,快速获取电磁作动器的电流最佳参数,通过向转子施加具有多个频率成分的旋转电磁力来抑制转子的多频振动。实验结果表明,快速寻优策略比整周寻优用时短,能够实现转子系统多个频率振动成分的主动抑制。     

转子系统强迫振动自校正控制

给出了用于转子系统强迫振动主动控制的自适应控制方案,它主要由可控径向轴承和自校正控制器两部分组成。可控轴承为系统的执行元件,自校正算法则由多步递推预报器和控制器组成,通过在线测量转子系统输入输出值,调整油腔压力而使强迫振动振幅减小。仿真计算表明自适应控制适用于转子系统强迫振动控制,转子不平衡引起的振动幅值可有效地减小。     

高速精密实验磨床电主轴振动特性的实验研究

介绍了高速精密实验磨床直线电机带动电主轴进行磨削加工时伺服刚度的调节方法；分析了电主轴一砂轮接杆系统高速旋转时引起振动的原因，提出了改进的方法；并通过实验验证改进后的主轴一砂轮接杆系统振动平稳、幅值较小，能满足高速精密磨削的要求。     

挤压液膜阻尼器在精密孔磨削中的应用

采用液膜阻尼技术研究精密孔的加工,按照达朗贝尔原理建立了液膜阻尼砂轮主轴运动微分方程,对挤压液膜阻尼器作用下的砂轮主轴中心运动轨迹进行了仿真,基于仿真结果设计了带挤压液膜阻尼器的内圆磨床砂轮主轴并进行了磨削试验。试验结果表明,设计合理的挤压液膜阻尼器对砂轮主轴具有优良的减振作用,可使砂轮主轴的振动减小30%～45%、精密孔的加工质量提高10%～20%、机床的工作效率提高15%～25%,在机械加工领域具有十分重要的研究价值和广阔的应用前景。     

一种新型油膜阻尼内圆磨床砂轮主轴

介绍了一种带挤压油膜阻尼器的新型内圆磨床砂轮主轴,该种砂轮主轴具有优良的抗振性能,可使精密孔的加工质量提高15%以上,在机械加工领域具有十分重要的研究价值和广阔的应用前景。     

Multi-frequency periodic vibration suppressing in active magnetic bearing-rotor systems via response matching in frequency domain

A method for multi-frequency periodic vibration suppressing in active magnetic bearing (AMB)-rotor systems is proposed, which is based on an adaptive finite-duration impulse response (FIR) filter in time domain. Firstly, the theoretic feasibility of the method is proved. However, two problems would be unavoidable, if the conventional adaptive FIR filter is adopted in practical application. One is that the convergence rate of the different frequency components may be highly disparate in multi-frequency vibration control. The other is that the computational complexity is significantly increased because the long memory FIR filter is required to match the transient response time of the AMB-rotor system. To overcome the problems above, the Fast Block Least Mean Square (FBLMS) algorithm is adopted to efficiently implement the computation in frequency domain at a computational cost far less than that of the conventional FIR filter. By the FBLMS algorithm, regardless of the number of the considered frequency components in vibration disturbance, the computational complexity would be invariable. Moreover, filter’s weights in the FBLMS algorithm have the intuitional relation with signal’s frequency. As a result, the convergence rate of each frequency component can be adjusted by assigning the individual step size parameter for each weight.Experiments with the reciprocating simulating disturbance test and the rotating harmonic vibration test were carried out on an AMB-rigid rotor test rig with a vertical shaft. The experiment results indicate that the proposed method with the FBLMS algorithm can achieve the good effectiveness for suppressing the multi-frequency vibration. The convergence property of each frequency component can be adjusted conveniently. Each harmonic component of the vibration can be addressed, respectively, by reconfiguring the frequency components of the reference input signal.     

MECHANICAL-ELECTRIC COUPLING DYNAMICAL CHARACTERISTICS OF AN ULTRA-HIGH SPEED GRINDING MOTORIZED SPINDLE SYSTEM

On the basis of the traditional mechanical model of a grinding wheel rotor and the mechanical-electric coupling model with ideal sinusoidal supply, taking high-frequency converting current of inverter power switches into further consideration, a modified mechanical-electric coupling model is created. The created model consists of an inverter, a motorized spindle, a grinding wheel and grinding loads. Some typical non-stationary processes of the grinding system with two different supplies, including the starting, the speed rising and the break in grinding loads, are compared by making use of the created model. One supply is an ideal sinusoidal voltage source, the other is an inverter. The theoretical analysis of the high-order harmonic is also compared with the experimental result. The material strategy of suppressing high-order harmonic mechanical-electric coupling vibration by optimizing inverter operating parameters is proposed.     

CBN砂轮动平衡及电主轴振动测量

将普通外圆磨床改造为无靠模数控凸轮轴磨床，重新设计了磨床的砂轮架部件，并以电主轴取代原来的砂轮主轴，安装CBN砂轮并进行砂轮动平衡实验，通过测量安装CBN砂轮的电主轴低转速下的振动信号，并分析实验结果，验证了采用三点式动平衡法进行CBN砂轮低转速动平衡的可行性。还验证了采用VT动平衡仪进行CBN砂轮高转速下动平衡的有效性，并根据实验结果分析了砂轮动平衡的效果、砂轮架部件的刚性和电主轴安装砂轮后的精度。     

砂轮接杆对陶瓷电主轴单元动态性能的影响

随着产品加工不断向高精度、高刚度、高速度方向发展,对机床主轴部件的动态特性要求也越来越高,因此对机床主轴部件动态特性分析也显得越来越重要。实验室采用陶瓷球轴承作支承的电主轴做高速精密磨削。在磨削过程中,陶瓷电主轴单元的性能直接关系到主轴能否实现平稳高速、精密加工。砂轮接杆虽然尺寸结构简单,但是对电主轴的动态性能影响很大。文中针对基于PMAC-PC控制下的精密磨床,通过不同转速下电主轴振动信号的傅立叶(FFT)谱,分析了砂轮接杆对陶瓷轴承电主轴单元动态性能的影响。     

宽带振动主动控制的模糊自适应控制方法

由于广泛采用的自适应滤波－X LMS算法只限于线性问题，针对振动主动控制中存在的一些非线性问题，文中利用模糊逻辑系统能够逼近非线性系统的特性，提出一种模糊适应前馈主动控制方法，解决由于传感通道的非线性使得参考信号与外扰间呈非线性函数关系的主动控制问题。针对复合材料梁振动控制的数值仿真计算结果表明，该非线性模糊自适应控制方法的有效性。     

压电复合材料结构模糊自适应前馈振动控制

针对压电复合材料结构前馈主动控制中存在的某些非线性问题 ,本文提出一种模糊自适应前馈主动控制方法 ,解决一类参考信号与外扰呈非线性函数关系的主动控制问题。数值仿真结果表明 ,该非线性模糊自适应控制方法优于线性滤波 - x L MS方法的控制效果