一种永磁同步电主轴转矩脉动和电磁力波的抑制方法

针对磁极为平行充磁且两边平行的表面式永磁同步电主轴存在转矩脉动和径向电磁力波的问题,提出一种磁极结构优化方法以抑制转矩脉动和径向电磁力波。基于等效面电流法建立磁极表面半径为任意值的永磁同步电主轴转子气隙磁场的解析模型;综合研究转子气隙磁场对定子开槽电主轴转矩脉动、径向电磁力波的影响;在最小气隙长度不变的前提下,确立优化目标(气隙磁通密度的谐波和幅值),并通过迭代计算的方式得到满足不同优化目标的永磁体磁极结构方案(方案一结构和方案二结构);最后,通过有限元法验证转子气隙磁场解析模型的有效性,并对原结构电主轴、方案一结构电主轴和方案二结构电主轴的转子气隙磁场谐波、转矩脉动、齿槽转矩、平均转矩和径向电磁力波进行对比分析。结果表明:该优化方法可以得到满足不同优化目标的永磁体磁极结构方案,实现原电主轴指定阶次磁通密度谐波、转矩脉动和径向电磁力波的综合抑制。     

永磁同步电主轴定子齿形对转矩脉动影响

文中提出了利用有限元法来减小永磁同步电主轴转矩脉动的一种方法。通过建立仿真模型来分析计算电主轴的磁场分布和气隙电磁力密度。在分析过程中,以4级18槽电主轴为例,通过改变定子齿形结构来降低电主轴转矩脉动,进而降低电主轴的噪声和振动。综合考虑影响转矩脉动的因素,在不影响永磁同步电机主轴运行性能的前提下,设置合理的定子齿形结构,可以在一定程度上削弱转矩脉动。此方法为永磁同步电主轴的优化设计提供了参考。     

偏心电磁力对永磁同步电主轴转子可靠性的影响

文章分析了在偏心情况下,偏心产生的不平衡磁拉力对转子的机械强度和疲劳寿命的影响。电主轴偏心质量与挠度共同存在情况下,考虑挠度对轴向气隙值的改变总结出了更加准确的径向电磁力密度的计算方法。通过有限元仿真,得出了径向电磁力密度变化规律,校核了转子结构强度并提出了增大转子机械强度的改进方法。通过实验得出了偏心电磁力增大会在转子轴上产生明显的应力集中、加速减小转子疲劳寿命的结论。     

转子结构对永磁同步电主轴转矩脉动的影响

齿槽转矩是由转子与定子齿间电磁力的切向分量所构成。齿槽转矩的变化引起转矩脉动,影响永磁同步电主轴稳定性。不同的转子表面结构,会引起气隙的不均匀,影响气隙磁场分布,导致磁导发生较大的变化,进而影响转矩脉动的大小。对永磁同步电主轴进行了有限元仿真分析,通过改变转子表面结构减小了永磁同步电主轴的转矩脉动。结果表明:合理设计内置式永磁同步电主轴的转子表面结构,可以有效地减小转矩脉动对电主轴的影响,提高系统的工作精度,并且不会减小额定转矩。     

高速电主轴机-电-热-磁耦合模型及其动态性能分析

建立了一种新型的高速电主轴多场耦合动力学模型,讨论了轴承模型、电机磁路模型、温度场模型及结构模型之间的耦合关系,设计出多场耦合动力学模型的计算流程,分析耦合因素对高速电主轴结构状态的影响,提出电主轴气隙热膨胀影响其磁场分布及动态性能。以150 MD24 Z7.5型高速电主轴为研究对象,计算结果表明,电主轴温升形变对振动幅值影响较大,其中由气隙变化引起的电磁力幅值增加12.1%。实验结果表明：考虑耦合因素时的高速电主轴动态性能与实验结果的吻合度较高。     

永磁同步电主轴定子齿形状对转矩脉动的影响分析

文中提出了一种基于有限元法来减少永磁同步电主轴转矩脉动的方法。通过建立永磁同步电主轴的仿真模型来完成电主轴磁场分布和气隙电磁力密度的计算。在分析过程中,通过改变定子齿结构来减少电主轴的转矩脉动,进而减少电主轴的噪声与振动,提高电主轴运行的平稳性。通过综合考虑影响电主轴转矩脉动的因素,合理设置定子齿参数,在不影响永磁同步电主轴运行性能的前提下,转矩脉动可以得到了一定程度的削弱。该方法为永磁同步电主轴的优化设计提供了参考。     

行波磁场净化液态金属的电磁力参数

对影响液态金属所受电磁力大小的因素进行了研究, 对电磁力作用下的导电流体中的非金属颗粒的迁移速度进行了测定。结果表明： 金属液回路的几何尺寸、行波磁场发生器的气隙大小以及发生器中通过的电流等对电磁力参数产生很大的影响; 行波磁场能使微细非金属夹杂物（５ ～１００ μｍ） 的迁移速率成倍提高     

永磁同步电主轴的电磁噪声分析

为了提高永磁同步电主轴的加工精度、减小振动、降低其电磁噪声,考虑谐波磁动势的影响,推导永磁同步电主轴气隙磁密的解析表达式,提高了永磁同步电主轴径向磁密的计算精度。采用解析法计算径向磁密及其谐波,利用有限元法求解径向电磁力。建立该永磁同步电主轴的三维模型并进行模态分析以及谐响应分析,实测了电主轴的振动加速度。将模型电磁力频率以及模态分析结果与实测振动加速度频谱进行对照,结果表明径向电磁力是引起振动的主要原因,共振是产生噪声的主要因素。通过对永磁体结构的优化,减小了永磁同步电主轴的径向电磁力。通过噪声仿真分析,验证了电主轴结构优化后噪声的降低。     

基于振动信号融合分析的电机偏心故障诊断

为提高异步电机气隙偏心故障诊断的可靠性,提出一种基于振动信号融合分析的异步电机气隙偏心故障诊断方法.首先,采集不同偏心故障类型下的径向电磁力和不平衡磁拉力信号;其次,对信号进行融合相关分析,建立不同信号间的相关关系;最后,通过振动信号融合相关谱图可判断电机是否存在偏心故障及偏心故障的类型.该方法通过对故障特征信号的融合...     

高速电主轴电磁振动噪声多场耦合分析

为了研究电主轴电磁场特性对主轴振动及噪声的影响。通过有限元分析法,计算了电主轴电机的瞬态电磁场,并对电主轴电磁振动及噪声进行了响应分析;同时对正常运行的电主轴进行噪声实验,提取出主要的电磁噪声信号,经过分析处理后与仿真结果进行对比。结果表明,当电磁力波与定子铁芯二阶固有频率接近时,产生的电磁振动是最大的;且当电主轴在24000r/min转速下稳态运行时,电磁力产生最大噪声声压值的频率为13800Hz。通过实验与仿真的相结合,验证了电主轴电磁振动噪声多场耦合分析的结果是相对真实可靠的。     

楔形气隙结构对永磁同步电主轴转矩和径向力影响的分析

为了提高永磁同步电主轴电磁转矩,减小振动噪声,提出了一种楔形气隙结构。文中对楔形气隙永磁同步电主轴的电磁转矩进行了解析分析。利用有限元软件对均匀气隙和楔形气隙永磁同步电主轴模型进行了仿真分析,将以上两种气隙结构模型的电主轴转矩和径向力进行了对比,发现楔形气隙结构和均匀气隙结构的永磁同步电主轴相比电磁转矩幅值增加较大,径向力幅值显著减小。并得出楔形气隙结构对提高永磁同步电主轴转矩密度、减小振动噪声有明显的作用。     

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。     

铝熔体中夹杂物形状与取向对其电磁分离的影响

采用有限元方法,对电磁场作用下铝熔体中任意形状与取向夹杂的受力进行数值计算。结果表明：不同形状与取向的夹杂均仅受到一个与熔体所受电磁力方向相反的斥力作用;电磁斥力的大小不仅与夹杂的形状有关,还受其取向的影响;当夹杂的形状奇异程度愈大时,取向对电磁斥力的影响也愈大;当夹杂在磁场方向的主轴长度较大,并且在电磁力方向的主轴长度较小时,夹杂所受电磁斥力不显著。     

钛合金真空自耗熔炼过程中电流、磁场和电磁力数值模拟

采用有限元模拟软件Ansys Electromagnetics Suite中Maxwell 3D模块建立钛合金真空自耗熔炼过程电磁场数学物理模型,分析并掌握熔炼过程中电流、磁场和电磁力相互作用规律,并研究了熔炼电流和搅拌电流变化对磁场及电磁力的影响。结果表明：铸锭中电流均呈向心分布,且集中分布在铸锭上部350 mm范围内;熔炼电流产生切向磁场,搅拌电流产生轴向磁场,两者进行简单耦合;在熔炼电流及其自感磁场的作用下,产生径向和轴向电磁力;该电磁力又在搅拌磁场的作用下发生旋转,产生切向电磁力;随熔炼电流线性变化,磁场切向分量和电磁力的径向和轴向合力均呈线性变化;随搅拌电流线性变化,磁场轴向分量和电磁力径向分量均呈线性变化。     

高速机床电主轴过盈配合量的计算

电主轴是高速机床的核心部件,电机转子与机床主轴间过盈配合量的大小是影响主轴性能的重要因素。本文根据材料力学和弹性力学理论,对电主轴的配合特性进行了分析,分别推导出电主轴在静态和高速运转条件下,主轴过盈量和应力分布的理论公式。最后,根据理论公式计算出ＧＤ－Ⅱ型电主轴的过盈配合量,研究结果表明,采用理论公式设计的过盈配合能较好地满足高速电主轴的需要。     

基于热-结构耦合模型的高速电主轴温升特性分析与实验研究

为解决热变形对主轴寿命及加工精度的影响,对高速电主轴的温升特性进行研究。首先建立了电主轴的热 结构耦合模型,然后利用ANSYS软件进行热态模拟,分析稳态温度场的分布以及电主轴的热变形情况,最后探讨了主轴转速与切削力的变化对电主轴温度的影响。研究结果表明：所用方法可有效模拟电主轴工作过程中温度场分布以及热变形,仿真与实验结果基本一致,为电主轴温度控制提供参考。     

基于热-结构耦合模型的高速电主轴温升特性分析与实验研究（英文）

为解决热变形对主轴寿命及加工精度的影响,对高速电主轴的温升特性进行研究。首先建立了电主轴的热-结构耦合模型,然后利用ANSYS软件进行热态模拟,分析稳态温度场的分布以及电主轴的热变形情况,最后探讨了主轴转速与切削力的变化对电主轴温度的影响。研究结果表明:所用方法可有效模拟电主轴工作过程中温度场分布以及热变形,仿真与实验结果基本一致,为电主轴温度控制提供参考。     

车铣复合加工中心电主轴的稳定性分析和实验研究

电主轴单元是车铣复合加工中心的核心功能部件.利用ANSYS对电主轴系统完成了自由模态以及两种考虑轴承支承的约束模态分析.并针对电主轴单元进行了现场实验,测得主轴实际模态.综合分析理论计算与实验结果表明计算的自由模态与主轴实际模态区别较大,模态分析时必需考虑轴承的支承作用,并且用两组弹簧才能很好地模拟QBC型角接触球轴承组的支承约束.设计的电主轴满足工作要求.     

两种不同材料的电主轴磁-热耦合有限元仿真分析

电主轴热态稳定性影响电主轴整体工作性能,作为电主轴主要热源的内置电机对电主轴热态性能的影响是设计过程中优先考虑的问题之一。电主轴生热小,散热快是保证其优良热态性能的前提。基于电主轴电磁损耗生热机制和电主轴传热散热机制,建立电主轴有限元模型。提出一种电主轴磁-热耦合分析方法,分析电主轴额定转速下内置电机的磁场和温度场,监测电主轴内置电机各部分温度场以及瞬态温度。以170SD30陶瓷电主轴与金属电主轴作为分析对象,分析了采用新型陶瓷主轴材料对改善电主轴内置电机温度场分布的影响。结果表明:陶瓷电主轴电磁损耗小于金属电主轴电磁损耗,在电机损耗热的影响下,陶瓷电主轴温度低于金属电主轴温度。     

基于刚柔耦合的PCB钻床下钻机构的振动分析与研究

通过对PCB数控钻床下钻机构的钻孔误差进行分析,找出影响多层PCB板加工精度的主要原因,并对主轴系统下钻过程中的刚柔耦合动力学特性进行研究。充分考虑调心联轴器中的柔性调心轴和其他刚性构件的耦合,利用哈密尔顿原理和模态分析法建立下钻机构主轴系统的动力学方程。通过仿真求解得到了下钻机构钻孔过程中的电主轴部分的动态响应。结果表明：下钻机构主轴系统的安装误差、调心轴的刚度和支撑电主轴的空气轴承的阻尼对钻孔的偏心误差以及钻孔时的柔性振动有一定的影响。