PWM高频电主轴润滑油膜的电磁损伤机理

高速精密电主轴是高速加工机床的核心功能部件,其性能的高低直接影响着高速机床的整体发展水平.目前电主轴实现高速化主要采用PWM变频调速技术,但是该技术的应用也带来了突出的负面影响-导致轴承润滑油膜电磁损伤故障.本文建立了PWM调速电主轴润滑油膜电磁损伤故障的物理模型,揭示了变流技术诱发油膜电磁损伤故障的机理,指出了抑制电磁损伤故障的方法和途径.     

精密陶瓷轴承项目

一、项目市场简介 精密陶瓷轴承,具体是指滚珠为氮化硅,套圈为轴承钢,保持架为高分子材料,精度等级P 4(尺寸精度与钢制精密轴承相同),适用于高速的混合陶瓷轴承。 精密陶瓷轴承具有质量轻、耐高低温、耐腐蚀、绝缘、抗磁、低膨胀、高速使用离心力小、运转温升低等优良特性,在航空航天、机床主轴电主轴、化工、纺织、冶金、石油、交通、电子、家用电器、真空等行业有着广泛的应用前景,市场潜力巨大。目前国外在机床主轴、电主轴即高速轴承这一领域,精密陶瓷轴承已得到大批量应用,据不完全统计,2 0 0 3 年精密陶瓷轴承有近2 0 亿美元的市场。…     

150MD24Z7.5高速电主轴多场耦合模型与动态性能预测

电主轴是机电一体化产品,充分考虑并预测其动态特性是机床主轴系统优化设计的前提。本文基于电主轴内部磁场、电场、温度场、结构场间的耦合关系,建立了150MD24Z7.5高速电主轴多场耦合有限元模型,通过电主轴电机电磁损耗及轴承摩擦生热计算,仿真电主轴温度场及结构场变化,讨论电主轴热态特性与振动特性之间耦合关系,分析电主轴温升热膨胀后气隙变化对振动特性的影响并通过实验加以验证。研究结果表明,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%。利用该多场耦合模型可预测电主轴振动幅值,预测误差为10.2%。     

高速电主轴多场耦合动力学特性研究

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、热态模型、芯轴动力学模型和电机电磁模型之间的耦合关系,提出热膨胀、轴承内圈离心膨胀、轴承内外圈接触膨胀、电磁不平衡拉力载荷和离心力载荷5种耦合因素,并且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系统运行状态的影响。以2ZDG60型高速电主轴为研究对象,计算结果表明：考虑耦合因素与不考虑耦合因素相比较,轴承动态支承刚度、轴承损耗功率以及芯轴动力学行为差别较大;实验结果表明：考虑耦合因素时的高速电主轴温升分布和芯轴固有特性与实验结果的吻合度较高。     

高速电主轴驱动控制技术研究综述

高速电主轴是高速数控机床核心功能部件,主轴单元融合了高速电机、精密轴承、驱动控制等关键技术。高速主轴电机的驱动控制技术是决定主轴动静态性能的关键因素之一。因此,有必要对现有的主轴电机驱动控制技术进行系统分析和深入总结。根据主轴电机驱动控制技术的发展历史:从V/f控制、矢量变频控制、直接转矩控制到混合驱动控制以及智能控制等关键控制技术进行逐一分析和评述。在此基础上总结各控制技术客观存在的问题并进行对比分析,最后对高速电主轴驱动控制技术的发展趋势进行了预测和展望。     

机床主轴-滚动轴承系统非线性动力学分析

通过对机床主轴-滚动轴承系统的研究,建立了一个基于Hertz接触力模型的6自由度系统动力学微分方程,初步探讨在非平衡力作用下,具有负游隙的机床主轴-滚动轴承系统的非线性动态特性和稳定性.结果表明,由于游隙和变刚度的影响,随控制参数频数比的变化,系统将出现失稳和复杂的非线性现象;通过对比正、负游隙下的系统响应,可得到负游隙有助于提高机床主轴-滚动轴承系统稳定性的结论,该结论与其他学者[10]实验所证明的轴承预紧有助于提高主轴-轴承系统的固有频率,进而提高系统稳定性的结论相吻合.     

不同控制策略对高速电主轴动态性能影响

针对高阶、强耦合、非线性复杂机电耦合系统的高速电主轴,内置的电机控制效果直接影响其动态性能问题,对各种控制策略控制特点进行系统研究,建立高速电主轴动态数学模型;重点对U/f控制及矢量控制,利用实验研究高速电主轴的控制精度与主轴机械参数间动态关系,为改善高速电主轴动态性能、寻找更优控制策略提供试验依据及分析方法;并展望高速电主轴系统控制策略的未来发展趋势。     

磁-球轴承复合支撑电主轴振动特性分析EI北大核心CSCD

为提高电主轴系统刚度和抗振能力,提出一种由磁悬浮轴承和角接触球轴承共同支撑的复合支撑电主轴,通过球轴承保证主轴系统刚度,引入磁轴承控制系统对主轴振动进行抑制,实现电主轴系统在球轴承低预紧状态下仍具有较好的动态性能。基于ANSYS模态分析、谐响应分析和瞬态动力学仿真,分析了不平衡质量引起的振动响应,比较了磁-球轴承复合支撑电主轴和球轴承支撑电主轴的振动特性。搭建复合支撑电主轴试验平台,对该复合支撑电主轴进行振动特性测试与分析。结果表明,复合支撑电主轴与球轴承支撑电主轴相比,复合支撑系统可以有效提高转子的临界转速、降低转子的振动幅值和球轴承应力,使电主轴具有较高的动态刚度。     

高转速对电主轴系统动力学特性的影响分析

高速切削的加工质量、加工效率与高速主轴系统的动力学特性密切相关,而转速对主轴系统的动力学特性有着明显的影响。该文首先确定了由高转速所诱发的主轴系统动力学特性影响因素,包括离心力、陀螺力矩以及轴承刚度软化等,并列举了围绕上述影响因素的相关研究成果。在此基础上,基于有限元法构建了考虑转速的主轴-轴承的通用有限元模型。以某电主轴为例,分别定性或定量分析了离心力、陀螺效应、轴承的径向刚度以及上述因素的耦合对高速主轴动力学特性的影响。该文的研究表明,主轴在高速运转状态下,轴承径向刚度、离心力和陀螺效应对主轴系统动力学特性都有较显著的影响,在对高速运转状态下的主轴系统动力学建模时,必须考虑上述影响因素。     

机床主轴系统动力学特性研究进展

介绍机床主轴系统动力学特性的研究进展。主轴系统的建模、动态特性的研究方法、轴承参数及加工条件等多种因素对机床主轴动力学特性的影响方面作了系统阐述，简要介绍主轴系统的优化设计方法以及结构改进。对国内和国外的研究进展进行了比较，总结机床主轴系统动态特性研究方面的不足，为今后的研究提供参考。     

超高/极高真空校准装置的研制

超高/极高真空校准装置由极高真空(XHV)系统、超高真空(UHV)系统、流量分流系统和供气系统四部分组成。使用磁悬浮涡轮分子泵和非蒸散型吸气剂泵组合抽气,在XHV校准室获得了10-10Pa的极高真空;提出了分流法校准真空规的方法,使校准下限延伸到10-10Pa;利用非蒸散型吸气剂泵对惰性气体无抽速的特性,使用惰性气体校准时,减小了校准下限的不确定度;提出了采用线性真空计测量激光小孔分子流流导的方法,减小了小孔流导的测量不确定度。校准装置复合了分流法、压力衰减法和直接测量法对真空规进行校准,压力校准范围为10-1Pa~10-10Pa,合成标准不确定度为0.41%~3.5%。     

锰基高强度高塑性高阻尼形状记忆合金的性能研究

采用磁悬浮熔炼、测定试样形状记忆效应（SME）和双程形状记忆效应（TWSME）、金相法、示差量热分析（DSC）、断口形貌观察和自由震动波衰减曲线等方法研究了高强度高塑性高阻尼Mn基形状记忆合金的记忆特性以及Cu、Ni、Fe、Cr、Ti、N等元素对合金性能的影响。结果表明,Cu溶入越多,合金的SME越高;适当的时效热处理可强化合金提高其SME;含Ti、N元素的合金的SME最好,回复率达73％,TWSME回复率达21％。所研究的合金都有明显的双程形状记忆效应。淬火状态的合金有高的塑性,延伸率达25％,并有良好的阻尼抗震能力。淬火时效状态的合金有高的强度极限,尤其是高的屈服极限（σ=320～475MPa）、适当的塑性（δ为4．2％～5．0％）,合金元素还能提高所研究合金的抗氧化和抗腐蚀能力。     

Al与cBN在高温高压下的相互作用

将立方氮化硼(cBN)微粉和铝(Al)微粉按照体积比7:3的比例进行混配, 在高温(1300～1500℃)、高压(5.5GPa)条件下进行烧结. 利用X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微镜(TEM)以及X射线色散能谱(EDS)对烧结体的物相构成、显微结构以及各组分元素的分布进行了分析. 实验结果表明, 1300℃, Al尚未与cBN反应; 当温度升至1400℃时, Al与cBN反应生成AlN和AlB₂; 温度进一步升高至1500℃, 反应产物增多, 产物种类不变. TEM和EDS分析表明, 在反应过程中Al扩散进入cBN的表层, B扩散进入富Al的区域, 生成新相AlN和AlB₂.     

高粘度高光泽苯丙乳液制备研究

采用阴离子及非离子复合乳化剂体系,单体预乳化工艺,连续滴加法制备高光泽苯丙乳液.通过调节制备过程中单体的种类和摩尔配比、乳化剂的用量及阴离子非离子的配比、引发剂的用量来改变苯丙乳液的光泽和粘度.丙烯酸丁酯20.6%、苯乙烯20.6%、甲基丙烯酸甲酯1.8%、丙烯酸2.0%,水相中去离子水54%、乳化剂3%、阴离子与非离子乳化剂配比为2:1、引发剂0.3%,聚合温度80℃,滴加时间45min时制得了高粘度光泽为79%的苯丙乳液.     

高强高模PVA纤维的横纹结构

选取不同转化率下无乳化剂乳液聚合制得的聚乙烯醇(PVA)进行凝胶纺丝,经相同后处理工艺处理后,得到两种纤维,光学显微镜下观察到低转化率下制得的纤维有横纹,高转化率下的无横纹。采用纤维强伸仪、偏光显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射及差示扫描量热(DSC)对纤维力学性能、表面形貌和内部结构进行分析,结果表明,两种纤维都具有较高的力学性能,内部较致密,横纹纤维较无横纹纤维结晶度高,表面较光滑。理论推测横纹由拉伸过程中形成的柱晶结构引起。     

高强高导Cu-Fe合金的研究进展

综述了高强高导Cu-Fe合金的强化方法、制备、形变工艺及性能等的研究进展。结合形变及时效处理,提出了如何利用快速凝固中Cu-Fe合金的液相分离控制合金的凝固组织、合理开发三元及多元合金和采用电磁搅拌方法提高Cu-Fe合金的综合性能是未来研究的重要方向。     

聚晶金刚石的高温高压制备及其性能研究进展

聚晶金刚石(PCD)刀具在加工非铁基材料时,尤其是一些超硬、耐磨材料时,其寿命和加工精度远高于传统刀具。聚晶金刚石的性能与原材料和烧结条件密切相关。概述了不同因素对以陶瓷为粘结剂的聚晶金刚石和无粘结剂的纳米聚晶金刚石的硬度、断裂韧性的影响并比较了不同种类PCD的热稳定性能。分析得到以过渡金属硼化物和碳化硅为粘结剂所制备的PCD的热稳定性能较好,优于以钴为粘结剂制备的PCD;在Hall-Petch定律作用下,以纳米尺寸陶瓷为粘结剂的PCD硬度更高,韧性更强;无粘接剂的纳米聚晶金刚石的力学、热学性能最为优异。最后,结合实际应用对聚晶金刚石的制备提出了参考性的建议。     

高强高导Cu-Cr-Zr合金的微观组织与性能

Cu-Cr-Zr合金是电气化铁路接触网装备的重要材料,其抗拉强度和导电率性能要求较高。采用高频熔炼、铜模快冷、固溶处理、冷轧和退火处理制作了Cu-Cr-Zr合金样品,分析了其显微组织、抗拉强度和导电率之间的关系。在铜晶粒内部和晶界上析出的第二相Cu5Zr和其他多元化合物是Cu-Cr-Zr合金获得高强度的主要原因。固溶体中的Cr、Zr溶质含量是影响合金电阻率的主要因素,纳米及亚微米级的第二相可使合金获得较好的强度和导电性。冷轧后试样经过450℃、550℃退火处理,发现550℃退火处理后Cu-0.7Cr-0.4Zr合金的抗拉强度可达550MPa,导电率达82.5%IACS。     

高频载荷下高强钢的超高周疲劳及热耗散研究

应用超声疲劳试验技术,对两种高强度钢(42CrMo4,100Cr6)在20kHz频率下的超高周疲劳性能进行测试分析.实验结果表明:两种钢的S -N曲线在106周发生了明显的变化,出现了水平渐近线.尽管23个42CrMo4钢试样用于1010周的疲劳试验,但在8.76×107循环周次以上,没有疲劳破坏发生,42CrMo4钢存在疲劳极限,而100Cr6钢的S -N曲线呈现台阶型.高精度热成像仪检测不同载荷条件下疲劳试样温度的变化结果显示:温度的变化与试验材料和加载水平有关.试样温度的快速升高发生在超声疲劳试验的初期,温度的变化反映了材料内部的热耗散过程.裂纹萌生后,微裂纹处不可逆的局部塑性变形导致裂纹萌生区温度急剧升高,疲劳试样内部温度场的变化反映材料的疲劳损伤过程.SEM观察表明:在长寿命区,疲劳裂纹常萌生于试样内部或次表层组织缺陷处.     

高强高导铜合金的研究状况

高强高导电铜合金是一类具有优良综合性能的功能材料和结构材料,被广泛应用于电子、机械等领域,本文阐述了高强高导铜合金的研究现状,系统介绍了此类合金的强化机理、制备方法及组织和性能特点,并且分析了稀土的作用机制及对该类铜合金性能的影响,最后展望了该类合金的发展前景。