一种金相研磨机的结构设计及运动学分析

为了解决金相试件手工研磨效率不高、机器研磨辅助环节多的问题,设计出一种无需镶嵌的多功能自动金相研磨机.针对常用金相试件尺寸规格及待研磨表面特征,确定了研磨技术要求,详细设计了运动方案及预紧调节部件、夹持头等关键零/部件;然后基于Adams软件构建出运动学仿真模型,分析了3种不同驱动电机转速下研磨机夹持头行程、速度以及加速度的变化规律,并进行了运动参数优化;最后对研磨效果进行了应用验证.结果表明,随着研磨机驱动电机转速增加,试样研磨效率随之提高,但过高的转速会产生系统冲击振荡;对研磨机驱动电机运动参数优化后,研磨机夹持头峰值加速度降低到1.1 m/s2,系统运行平稳性较好;验证试件研磨端面的表面粗糙度Ra最大约为0.44μm,仅为MPD-1A型商用研磨机的59.4％,经腐蚀后试样金相组织特征清晰可见,观测效果优良.     

高速永磁同步电机的转子结构强度分析研究

针对高速永磁同步电机转子结构设计及强度问题,对转子结构形式和永磁体材料的选择、轴径尺寸的确定、护套与永磁体之间的过盈配合、转子强度分析方法等方面进行了研究。开展了护套与永磁体之间过盈量的理论分析,使用解析法建立了转子动态过盈量的计算公式,提出了高速永磁同步电机转子的结构强度校核方法。在理论分析的基础上,利用ANSYS-workbench有限元软件对一台最高转速为7 2000 r/min的10 k W高速永磁同步电机的转子进行了热-结构耦合强度分析计算。研究结果表明,永磁体与护套之间的动态过盈量决定了转子的强度,该电机转子的过盈量最佳值为0.03 mm~0.05 mm,该转子设计合理可靠,可以满足设计要求;该有限元仿真方法能够方便地实现内嵌式转子的结构强度分析,为转子的结构优化设计提供一定的依据。     

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。     

Three-dimensional electromagnetic analysis and design of permanent magnet retarder

An eddy current retarder for vehicles generates much heat when it works continuously, which leads to serious decline in braking torque. This paper proposes a novel permanent magnet retarder (PMR) for vehicles, whose cooling system connects with engine cooling-water. A three-dimensional finite element model is developed to model the electromagnetic behavior of a permanent magnet retarder under a constant speed. The magnetic field and eddy current field in PMR are numerically solved by a finite element method. By accounting for the nonlinear permeability of the rotor and the weakened effect in the magnetic field that is generated by the eddy current magnetic field, the calculation accuracy of air-gap magnetic field is enhanced. Experiment shows that the temperature of the retarder is less than 150°C, and the braking torque keeps the hard characteristics curve. The calculated air-gap magnetic flux density is fairly good agreement with the measured one.     

永磁同步电动机驱动的结晶器非正弦振动

在分析德马克非正弦产生机理基础上,开发了一种由永磁同步电动机(PMSM)驱动的结晶器非正弦振动发生装置,构造了其电控系统,可实现波形偏斜率的在线可调,推导了德马克非正弦波形偏斜率的解析解,波形仿真验证了该装置的正确性.     

A manufacturing model of an end mill using a five-axis CNC grinding machine

This paper presents a manufacturing model of a flat-end mill using a five-axis computer numerical control (CNC) grinding machine. The profile of the helical groove can be precisely calculated using a given wheel profile and the relative movements between the workpiece and the grinding wheel. The results of the calculation of the numerical control (NC) data for all the grinding processes of the end mill are fully presented in the paper. The NC data for the machining end mill were generated from the developed program by using the given design parameters of tool geometry, wheel geometry, wheel setting, and machine setting. The effects of the design and manufacturing of the end mill were analyzed based on the computer simulation and experiment results. This study provides a practical and efficient model for the manufacturing of an end mill using a CNC grinding machine with simple programming techniques. The prediction of the end mill geometry for the designing of the proper configuration of the end mill before manufacturing and generating the NC code for machining in a CNC machine is necessary to save time and to reduce the manufacturing cost.     

U型无铁芯永磁直线电机样机设计与有限元分析

针对传统设计方法的盲目性、高成本、周期长的问题.通过设计一种应用于大行程精密定位台中的U型无铁芯永磁直线电机(PMLM),探讨了一种新的设计方法.在分析其定子磁路和动子绕组结构特点的基础上,初步设计了电机参数.采用Maxwell 2DTransient求解器模块对电机特性进行分析,得到了电机空载反电动势、电机磁链、定位力特性和电磁推力.通过理论设计和有限元分析相结合的方法,设计制造了一台实验样机,并进行了相关实验.实验结果表明,电机的重复定位精度达2 μm;加速度能在0.08x内达到14 m/s2,在不同速度下的反向电动势成线性关系且与理论分析的吻合.研究结果表明,样机达到了设计要求,验证了设计方法的可行性.     

矩阵变换器驱动永磁同步电机的模型预测转矩控制（英文）

针对三相永磁同步电机(PMSM)系统,采用矩阵变换器(MC)驱动方式,设计了模型预测转矩控制(MPTC)的策略。采用MC驱动替换常规交-直-交变换器,以提高系统输入侧的功率因数(PF),而MPTC预测电压空间矢量保证了系统有良好的转矩和磁链控制效果。在建立MC驱动PMSM系统的数学模型的基础上,给出了MC驱动PMSM的MPTC设计方法。MPTC策略不仅使MC驱动的PMSM系统稳定运行,具有较好的转矩和磁链控制效果,而且输入侧PF能够达到1。与直接转矩控制(DTC)策略相比较,该策略具有更强的抗负载干扰能力和跟踪给定转速变化的能力。最后,通过仿真实验验证了该方法的正确性和有效性。     

基于永磁同步电机的电机控制器检测电路设计及仿真分析

介绍了永磁同步电机及电机控制器的基础知识,并利用有限元分析软件Ansoft建立永磁电机模型并开展仿真计算,设计控制器硬件检测电路。同时运用Altium Designer﹑PSpice软件对硬件电路进行仿真计算。通过测试分析以及试验数据采集,可以有效验证设计电路的合理性,并在实际中得到验证。     

内置永磁体的盘式磁流变制动器结构优化设计及仿真分析

为提高传统磁流变制动器制动性能及其安全性,提出一种内置永磁体的盘式磁流变制动器.阐述了内置永磁体的磁流变制动器工作原理,制动器在失电情况下,制动转矩在内置永磁体的作用下仍可维持一个安全值,一定程度上提高了制动器的防故障性能.对制动器磁路进行了分析,同时建立了制动转矩数学模型,利用ANSYS软件对其电磁场进行仿真.以制动器质量和制动转矩为优化目标,采用多目标遗传算法进行优化,得到Pareto最优解集,对其进行相关的赋权,得到制动器最优结构尺寸,对优化前及优化后的磁流变制动器进行对比,发现电流为1A时,制动转矩由80N ·m增加到105 N·m,提升了31.3％;同时制动器质量由5.4 kg减少到4.8 kg,质量减轻了11％.     

内置永磁体的盘式磁流变制动器结构优化设计及仿真分析

为提高传统磁流变制动器制动性能及其安全性,提出一种内置永磁体的盘式磁流变制动器.阐述了内置永磁体的磁流变制动器工作原理,制动器在失电情况下,制动转矩在内置永磁体的作用下仍可维持一个安全值,一定程度上提高了制动器的防故障性能.对制动器磁路进行了分析,同时建立了制动转矩数学模型,利用ANSYS软件对其电磁场进行仿真.以制动器质量和制动转矩为优化目标,采用多目标遗传算法进行优化,得到Pareto最优解集,对其进行相关的赋权,得到制动器最优结构尺寸,对优化前及优化后的磁流变制动器进行对比,发现电流为1A时,制动转矩由80N ·m增加到105 N·m,提升了31.3％;同时制动器质量由5.4 kg减少到4.8 kg,质量减轻了11％.     

Design and testing of CFRP sleeve for a high-speed permanent magnet synchronous motor with surface-mounted rotor

Journal of Mechanical Science and Technology - A high-speed (HS) permanent magnet (PM) synchronous motor (HSPMSM) with a carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) protective sleeve in the...     

高档数控机床中永磁直线同步电机驱动系统关键技术分析

直线电机驱动系统具有高推力、高速、高精度、平滑进给运动等特性,在高档数控机床上的应用越来越多。极大地提高了高档数控机床进给系统的快速反应能力和运动精度。分析了永磁直线同步电机在高档数控机床应用中的一些关键技术问题。     

A practical approach for simulation and manufacturing of a ball-end mill using a 5-axis CNC grinding machine

This paper presents a detailed manufacturing model that can be used for grinding a ball-end mill using 5-axis CNC (computer numerical controlled) grinding machine. The profile of the helical groove can be calculated exactly using the given wheel profile and relative movements between the workpiece and the grinding wheel. The proposed model is related to some analytical, differential geometry and kinematics to control the motions of the workpiece and grinding wheels in grinding processes. The manufacturing model presented in this paper provides a practical and efficient method for developing the simulation software for the design and the manufacture of a ball-end mill.     

永磁机构与真空灭弧室运动特性的匹配分析

弹簧机构与真空灭弧室的运动特性分析,极大地促进了配弹簧机构开关设备的发展.永磁机构已问世多年,尽管具有结构简单、体积小、寿命长等优点,但所配开关设备仍存在许多薄弱环节.永磁机构若要取代弹簧机构还有许多路要走.结合项目研发的实际情况,分析开关设备中永磁机构驱动真空灭弧室的运动特性和先天不足,并对灭弧室所希望的永磁机构运动特性作了简要分析,给出一些设计永磁机构的注意事项.     

磁回复高速开关电磁铁仿真分析

针对高速开关电磁铁的机械弹簧回复机构存在的问题,提出了一种新型的磁回复高速开关电磁铁。采用磁弹簧替代机械弹簧,简化了高速开关电磁铁的机械结构,并解决了因机械弹簧疲劳破坏而导致高速开关电磁铁失效的问题;基于Ansoft/Maxwell仿真建模平台,建立了磁回复高速开关电磁铁的仿真计算模型,分析并探讨了环形永磁体的长度、衔铁端面的沉孔深度以及后端盖深V槽的槽深和深V型槽的槽宽等关键结构参数与衔铁受力之间的关系。研究结果表明:永磁体长度、深V槽深度和宽度增大,衔铁受力增加,且增加到一定值后,受力趋于饱和;沉孔深度增大,衔铁受力减少,且减少到一定值后,受力趋于平缓。综合考虑衔铁的受力情况以及实际设计要求,当环形永磁体长5 mm,深V槽深10 mm,宽4 mm,沉孔深2 mm时,推杆的输出特性良好。     

盘式永磁电机齿槽转矩的分析与抑制

在对用于油田抽油机的大力矩低速盘式永磁电机的研究过程中,为削弱齿槽效应所引起的转矩波动,采用了一种以有限元电磁场计算为基础的磁极尺寸优化设计方法,确定了采用磁极分段移位法时的最佳位移量,并通过优化分段磁钢的径向尺寸,实现了削弱齿槽转矩的目的。研究结果表明,该设计为大力矩低速盘式永磁电机设计提供了参考依据。     

数控弧齿锥齿轮铣齿磨齿机床的研制

本文分析了弧齿锥齿轮的加工原理、机床所需要的运动、设计了机床的传动原理图,采用三轴数控系统来控制,将机械传动与数控系统控制的优点结合起来,避免了完全靠机械传动而造成的机床结构复杂、调整参数多、维修维护困难的问题;同时避免了完全靠数控系统驱动所带来的数控轴数多、编制程序困难等问题。     

永磁直线同步电机驱动的开放式数控工作台设计

介绍了交流永磁直线同步电机(PMLSM)与开放式数控系统的特点,以工业PC作为上位机,利用PMAC运动控制卡和Copley伺服电机驱动器的强大功能,同时控制两台直线电机实现工作台的X/Y方向的联合运动.设计出工作台的机械结构,并针对关键技术问题提出了解决方法.     

轴向磁化永磁微电机磁场分析及设计方法研究

在轴向磁化永磁电机设计中,为研究尺寸效应对其性能的影响,采用有限元方法对这种双转子电机的磁场进行了仿真计算,得出了轴向磁化永磁电机转子的气隙磁密波形分布。分析了转子外形尺寸、充磁极数、磁体厚度和气隙长度对气隙磁密的影响,即随着气隙长度的增加,充磁极数多的其气隙磁密幅值的减小幅度大于充磁极数少的;随着磁体厚度的增加,气隙磁密为一上升曲线,当磁体厚度达到某一点时,气隙磁密幅值基本为一常数;减小转子直径时,随着磁体厚度的降低,平均半径处气隙磁密幅值的减小幅度越来越不明显,但为不使气隙磁密波形变形严重,永磁转子径向长度需至少大于1.5 mm。磁场分析结果可对该类电机微小型化过程中的设计起指导作用。对计算结果做了理论分析,并将计算结果和实验结果进行了比较,计算值和实测值基本一致。