高速电主轴辐射噪声特性分析

研究了3种电主轴的辐射噪声特性。通过实验测量了电主轴辐射噪声,分析了全陶瓷轴承电主轴、钢轴承电主轴和无内圈式陶瓷轴电主轴辐射噪声的时频特性。实验结果表明:提高旋转速度,全陶瓷轴承电主轴与钢轴承电主轴辐射噪声均呈增大趋势,且辐射噪声中含有旋转频率和2倍转频特征,而无内圈式陶瓷轴电主轴的辐射噪声呈现波动式变化,其声压级高于其他2种电主轴,且频谱较为杂乱;在高转速时全陶瓷轴承电主轴声波具有明显的周期性;3种电主轴辐射噪声中均具有较高的摩擦与冲击噪声。     

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。     

高速电主轴热-结构耦合及选材分析

高速电主轴热变形问题一直是影响加工精度的重要因素。为降低电主轴的温升和轴向热伸长量,对某电主轴的热源及热边界条件进行分析,利用ANSYS Workbench软件进行热-结构耦合仿真,得到电主轴温度场和热结构耦合场;搭建实验台测试电主轴系统的温度场和轴向热伸长,验证有限元模型建立的正确性。最后选用38CrMoAl、ZrO₂、Si₃N₄、玻璃陶瓷作为主轴材料进行热-结构耦合对比分析。结果表明：陶瓷材料在热态性能方面优于钢材,玻璃陶瓷材料热态性能最好。     

高速陶瓷球电主轴噪声特性的研究与分析

为了寻找高速陶瓷球电主轴噪声的声源位置,分析混合噪声中的噪声种类,验证电主轴噪声与其转速的关系。通过实验对主轴的噪声特性进行研究,在应用DASP软件分别对电主轴在锤击时产生的振动信号和以不同转速稳定运行时产生的噪声信号进行采集和处理后,可知主轴在设计范围内运行平稳,不会因共振而产生噪声;其主要的噪声源位于前后两端的轴承部位和中间的电机部分,且轴承部位以机械噪声为主,电机位置则会产生较大的电磁噪声;同时证实了主轴噪声会随其转速的上升而大体呈递增趋势。     

基于多物理场耦合的电磁换向阀仿真

以三位四通换向阀为研究对象,分析了电磁阀阀芯的运动机理,采用多物理场耦合的数学模型方法建模,建立了电磁换向阀阀芯工作过程的动态响应数学模型。在AMESim软件环境下对电磁阀建模。运用所建立模型,对影响电磁阀阀芯位移的因素进行分析,在模型中更改电磁阀弹簧刚度,得到一组阀芯位移曲线。结果表明:当弹簧老化后,同样输入下阀芯位移会增大,使液压系统产生安全隐患。最后对仿真结论进行了试验验证。     

转子偏心对高速电主轴电磁特性的影响

电机主轴系统中定转子间不均匀间隙会在气隙磁导的作用下产生不均衡的电磁力,从而对电主轴的加工性能以及设备安全构成极大的危害。通过理论公式推导出气隙磁场的组成要素;基于气隙电磁场分析以及Ansoft有限元建模,对电主轴偏心电磁力进行了深入的研究,得出了气隙网格控制的一般条件以及不同偏心下气隙磁场的变化规律;研究了电磁力密度随偏心位移的增长趋势,并且分析了对电主轴电磁力特性起主要作用的是低次、奇数谐波。研究结果对实际工艺中主轴振动以及回转精度的影响提供了理论支撑。     

连铸板坯辊式电磁搅拌多场耦合模拟

基于库伦规范的Maxwell方程组与标准[k-ε]湍流模型,在考虑铸机结构与铸坯凝固的条件下建立了电磁搅拌传输数值计算的模型。研究了连铸板坯二冷区辊式电磁搅拌凝固坯壳形状与钢液流场的相互影响。结果表明：相对于不考虑凝固,凝固坯壳明显减弱了电磁搅拌强度;凝固坯壳使得钢液流速降低,回流区影响范围减小。电磁搅拌作用下的流场与传热影响凝固坯壳的形状。     

风电齿轮箱高速轴多支承轴系耦合振动研究

风电齿轮箱高速轴轴承的振动是造成风电机组安全隐患的重要因素,而轴系的耦合作用会对轴承振动产生重要影响。以某750 kW风电齿轮箱高速轴多支撑轴系为研究对象,基于中心差分法提出一种用于分析多支承轴系耦合振动的建模方法,并通过MATLAB进行了模拟计算。结果表明：耦合模型比非耦合模型轴承振动幅度小;不同轴承的接触力不同,且载荷作用点越靠近轴承接触力越大;当载荷作用点在靠近单轴承的一侧时,会出现接触力远大于另一侧的双轴承的情况。     

高速电主轴水冷系统固-液耦合传热仿真分析

依据计算流体力学与数值传热理论,利用Fluent软件对电主轴水冷系统中的流体流动和温度分布进行仿真,并对比分析不同冷却水初始温度、不同水道截面尺寸条件下的电主轴温升,为降低电主轴温升、优化水冷系统设计提供了一定的理论依据。     

基于流固耦合的高速电主轴冷却系统分析北大核心

针对机床高速电主轴在高速运转中的冷却问题,以某型号卧式加工中心高速电主轴为研究对象,基于流固耦合法,对串并联、单螺旋及双螺旋三种冷却流道结构从流速、压力、温升三方面进行详细对比。另外,为了进一步优化提升流道对电主轴的冷却效率,通过理论计算分析流道内不同初始流速对主轴热平衡后温升影响,以及不同流道几何参数对换热能力和压力损失的影响,并运用Fluent分别对以上两种提升流道冷却效率的影响因素进行仿真分析。研究结果表明,双螺旋结构因其结构的独特性综合对比为最佳冷却结构;主轴散热随流道内初速流速的增加呈现先急后缓,可通过对比选取最佳冷却流速;流道几何参数对换热能力影响较小,但对压损影响较大,提出了综合考虑换热与压损的流道几何参数设计。研究结果为精密高速电主轴在冷却系统的设计提供了一定理论依据。     

高速电主轴数据采集系统设计

为了分析高速电主轴的动态和热态特性,设计了一套基于Lab VIEW的高速电主轴振动和温度数据采集系统。该系统主要由压电式加速度传感器、一体化温度传感器、数据采集卡、变频器和计算机组成,使用Lab VIEW2009虚拟仪器开发平台,实现了高速电主轴运行中振动和温度信号的实时采集处理、波形显示以及信号存储。     

感应淬火电磁-热耦合场的有限元分析

从麦克斯韦方程组和导热微分方程出发,导出了轴对称感应加热工件的电磁场、感生涡流和温度场分布的基本方程;并以电磁场和温度场有限元分析为基础,建立了二维有限元分析模型,运用通用有限元分析软件ANSYS的耦合计算流程,对实际的工件感应淬火过程进行了仿真.计算中考虑了工件材料物理参数随温度变化对加热过程的影响.仿真结果形象地描述了感应加热中明显的邻近效应和集肤效应,试验工件的电流透入深度大约为3 mm.仿真温度分布曲线与试验曲线相吻合,说明仿真模型的准确性,为进一步研究感应淬火热处理加工过程提供了很好的依据.     

高速电主轴热力学分析的仿真研究

根据实际工程需要并结合热力学第一定律,以某公司ES系列高速电主轴系统为例,分析其热源以及散热特性,并计算其主要热源产热参数以及散热系数等热分析参数。综合分析结果,通过ANSYS有限元分析软件建立有限元模型并进行热力学仿真研究,可得出电主轴系统各部分稳态温度分布云图以及达到热平衡时热源部分温度随时间变化曲线。结合实验分析验证仿真结论,并提出电主轴改进参考意见。     

陶瓷电主轴空载噪声的分析与研究

为了研究陶瓷电主轴空载时的噪声与主轴转速之间的关系,分析噪声中所包含的频率成分。通过实验研究电主轴的噪声特性,在利用DASP(达世普)声学软件测量并分析噪声信号后,得出当电主轴的转速低于某一临界值时,其噪声会先随着转速的提高而不断增强;而当转速超过这一临界值后,噪声又会随之升高而有所下降。陶瓷电主轴的噪声与电主轴的转速有关,并且在对所测噪声进行频谱分析后,可知陶瓷电主轴在以10000~40000r/min的转速运转时辐射的噪声始终以低频噪声为主。     

基于多场耦合仿真的时效态铝合金电磁翻孔成形

针对T6态2219铝合金壳体电磁翻孔成形,基于ANSYS/LS-DYNA建立了电磁场-结构场耦合模型,通过数值模拟分析了电磁翻孔过程中板材的变形规律,研究了放电电压、预制孔直径对不同成形区域的贴模间隙和减薄率的影响。结果表明：电磁翻孔过程中产生的材料径向应变有利于抑制孔壁减薄;随着放电电压的增大,孔壁贴模间隙显著减小,但凹模圆角处的贴模间隙以及材料最大减薄率增加;随着预制孔直径的增大,孔壁贴模间隙有所减小,凹模圆角处的贴模间隙以及材料最大减薄率小幅增加。通过试验验证了模拟结果,确定放电电压和预制孔直径分别为12.75 kV和Φ99 mm时,可以得到翻边高度不小于27 mm的Φ120 mm的法向翻孔。     

高速电主轴结构参数优化设计

文章通过对某高速电主轴进行结构分析，建立了其参数化有限元模型，应用有限元分析软件ANSYS对主轴的支承跨距进行了优化计算，并针对优化后的结构进行模态分析，校核了其一阶自振频率。优化结果虽然使主轴的一阶自振频率略有降低，但却使主轴的刚度有了较大幅度的提高。     

高速电主轴关键技术的研究

高速加工技术能极大地提高生产率和降低生产成线,是２１世纪最有发展前任的先进制造技术之一。电主轴是实现机床高速化的核心部件,本文结合高速铣削用大功率电主轴开发课详细分析了高速主轴技术的现状,存在问题及解决方法。     

数控机床高速电主轴的研究进展

本文从高速电主轴的动力学特性、轴承与润滑、热特性、制造装配技术、电机与测控等几方面。系统地阐述了数控机床高速电主轴的国内外发展现状。     

高速电主轴冷却系统试验研究

针对高速电主轴实际运行中主轴内部发热量大、温度升高等导致主轴热变形而影响电主轴加工精度问题,以某型电主轴为研究对象,通过仿真与试验结合的方法探究冷却系统冷却能力。阐述电主轴热态特性;分析螺旋和循环冷却系统的有限元仿真结果;进行冷却系统对比试验,验证仿真结果。结果表明:螺旋冷却系统稳态下整体冷却效果和冷却速率都优于循环冷却系统。研究结果为电主轴设计、优化与开发提供了一定的技术参考。     

高速电主轴动力学模型参数多新息随机梯度辨识

针对高速电主轴转子转速、磁链和电流中存在复杂的强耦合、时变非线性因素造成其系统模型难以精确建立的问题,结合多新息辨识理论,提出了一种高速电主轴动力模型参数的多新息辨识方法。根据高速电主轴的结构和特点,建立其动力学模型;通过对高速电主轴动力模型的离散化,估计参数项由当前误差扩展为包含当前误差和历史误差的向量,实现了高速电主轴的多新息模型参数辨识。通过与传统随机梯度辨识方法进行仿真对比,表明了多新息长度p的引入可以有效提高模型参数辨识的速度和精度,并且随着信息长度的增加收敛速度逐步提高,验证了该文方法的有效性和正确性。