机床磁悬浮导轨的动力学分析

以主动磁悬浮支承下的机床导轨为分析对象 ,采用磁悬浮支承系统分析理论和方法 ,研究了机床导轨系统的动力学特性。本文根据磁悬浮支承系统特有的刚度、阻尼特性理论和平台振动特点建立了五自由度磁悬浮支承直线导轨平台系统的数学模型 ,并针对正在研制的主动磁悬浮支承直线导轨做了动力学分析     

高速电主轴主动磁悬浮技术研究进展

高速电主轴是高速精密机床的核心功能部件,主动磁悬浮技术是磁悬浮电主轴赖以正常运转和工作的基础.主动磁悬浮电主轴经过数十年的发展虽然在科学研究领域建立了不少案例,但迄今未在高速机床领域得到广泛应用.为探究主动磁悬浮电主轴在高速机床领域难以推广的主要原因,首先,对主动磁悬浮电主轴的发展历史进行了系统性回顾;其次,从磁轴承承载能力、系统动力学建模、磁轴承控制器设计和控制系统响应特性等方面,对主动磁悬浮电主轴的关键技术进行了较深入的综述分析;最后,从超高速轻载加工、超精密气磁悬浮、高磁密材料研制、新型FPGA控制芯片、功率放大器和传感器角度,提出了未来主动磁悬浮电主轴的发展趋势.     

磁悬浮支承技术在机床中的应用

阐述了国际国内磁悬浮支承技术的发展历史、研究现状及发展趋势，重点介绍了在机床中应用的磁悬浮轴承结构、类型及应用领域。将磁悬浮支承技术用于电主轴中，电主轴可以在5000～8000r／min的转速下运行上万小时：将磁悬浮支承技术用于机床直线电机的进给平台中，与传统的机床导轨支承相比，磁悬浮支承具有无机械摩擦、无磨损、无爬行、无润滑、可靠性提高、寿命延长等诸多特点。     

未知传递函数情况下主动电磁悬浮系统支承特性在线测量

分析了主动电磁悬浮系统支承的等效刚度和阻尼的理论计算方法。从闭环系统的角度出发,提出了一种不依赖于系统传递函数的等效刚度和阻尼的在线测量方法。以PID控制为例进行对比实验,分析了控制参数、激振幅度和激振频率对主动电磁悬浮系统支承等效刚度和阻尼的影响。结果表明,所提出的测量方法能够实时在线地对主动电磁悬浮系统支承的等效刚度和阻尼进行准确识别。     

四L悬浮导向分开支承型直线进给单元模态分析

介绍了一种自行设计的四L悬浮导向分开支承型直线进给单元的机械结构和工作原理,研究了单自由度磁悬浮支承系统的数学模型,建立了五自由度磁悬浮直线进给单元的振动模型。借助ANSYS软件对四L悬浮导向分开支承型直线进给单元进行模态分析,计算出该直线进给单元的多阶固有频率和振型,并分析了电磁铁的磁悬浮支承的刚度和阻尼对四L悬浮导向分开支承型直线进给单元固有频率的影响。计算分析可用于指导机床用磁悬浮直线进给单元结构的优化设计。     

磁悬浮球形磁阻主动关节的建模与逆系统解耦控制

球形电动机直接支承驱动的多自由度球形主动关节机械集成度高,在控制和轨迹规划方面占有优势。但关节工作时,由于机械支承的摩擦磨损,造成关节部件发热,导致关节的静、动态性能变差。基于电动机技术、磁悬浮技术以及机器人技术,提出一种无机械摩擦和磨损、不需要润滑的多自由度磁悬浮球形磁阻主动关节结构,分析其工作原理;根据磁悬浮磁阻主动关节的气隙磁能对球形转子的旋转角位移和径向位移求导求出关节在一个坐标方向的电磁悬浮合力和电磁总转矩模型;基于电磁悬浮力及电磁转矩模型,建立主动关节系统的动力学原型模型和逆系统模型;将逆系统模型作为解耦控制器对原型系统进行解耦控制得到解耦后的伪线性系统,对解耦线性化的伪线性系统进行状态反馈闭环控制,并对其进行系统仿真研究;仿真结果说明,磁悬浮球形磁阻主动关节系统的逆系统解耦和状态反馈闭环控制具有良好的动态响应和抗干扰的鲁棒特性。     

磁悬浮球形关节三维动力学模型与控制特性

球形电动机直接支承驱动的多自由度球形主动关节机械集成度高,在控制和轨迹规划方面占有优势。但在高速、超高速运转时,由于机械支承的摩擦磨损,造成关节部件发热,导致关节的动态特性变差。基于电动机技术、磁悬浮技术,提出一种新型多自由度磁悬浮球形主动关节,建立关节电磁悬浮力和电磁转矩的耦合模型;推导出关节转子在电磁悬浮力和电磁转矩作用下的三维动力学原型模型和逆系统模型,并对关节系统进行状态反馈的解耦线性化处理,使其完全解耦成6自由度方向独立的线性系统,经过比例微分先行的伪微分反馈调节器控制及仿真可知,解耦线性化的关节系统稳定性好、响应速度快,具有良好的动态性能和抗干扰能力很强的鲁棒性能。     

基于LabVIEW的磁悬浮盘片控制系统

磁悬浮盘片是采用主动控制方式并依靠电磁力实现对盘片支承的机电一体化系统。利用工控机加LabVIEW的控制平台（包括硬件平台的选择与配置以及软件平台的设计）,将计算机强大的计算处理能力和仪器的测量控制能力结合在一起,使之具有程序编制简单、系统配置灵活、实时动态控制等优点。试验结果证明,该系统稳定、可靠,为磁悬浮盘状支承的相关研究提供了一个较好的平台。     

新型数控铣床用磁悬浮高速电主轴的设计分析

与其它支承形式的电主轴相比,磁悬浮电主轴更易于实现高速化.文章介绍了一种新型数控铣床用磁悬浮高速电主轴的基本结构、控制原理等,并对其轴系的转子动力学特性进行了初步分析.     

高速加工中的机床主轴轴承技术

对近十年来国内、外有关高速加工中机床主轴用滚动轴承、磁悬浮轴承、空气轴承和动静压轴承的轴承技术、各自的优势及需要突破解决的问题进行综述,并较为详细叙述了高速机床主轴用滚动轴承技术及其发展现状和发展方向。     

磁悬浮阻尼器参数对系统弯曲模态阻尼的影响

在一般磁悬浮轴承转子系统上安装磁悬浮阻尼器,组成磁悬浮轴承与磁悬浮阻尼器组合支承转子系统.通过理论计算及试验模态分析,研究了磁悬浮阻尼器参数对系统弯曲模态阻尼比的影响.结果表明,随着磁悬浮阻尼器等效支承阻尼的增加,系统第1,2阶弯曲模态的阻尼比显著增加,有利于系统越过前2阶弯曲临界转速.     

磁悬浮隔振技术研究

磁悬浮隔板是一种主动式的隔离技术，它有振源与载荷之间用主动控制的磁场隔开而不发生机械接触。本文在分析磁悬浮隔振特点的基础上，着重分析了磁悬浮隔板的机理，最后给出了我们研制的磁悬浮隔振器的工作原理与试验结果。     

高功率密度磁悬浮高速电机支承设计及其磁场仿真

高功率密度电机具有体积小、转速高等特点,被广泛运用于涡轮发动机、飞轮储能等领域。为追求更小的体积和更高效的功率输出,将具有高转速、高效率优点的磁悬浮轴承作为电机的支承系统,可有效地提高电机的转速和功率密度,提升其工作性能。针对高功率密度磁悬浮高速电机,设计电机的支承结构,并对其进行磁场仿真,最后对设计的可行性进行总结。     

主轴磁悬浮轴承的设计

以机床主轴磁悬浮轴承为研究对象,将磁悬浮轴承与液体悬浮轴承、气体悬浮轴承进行比较。并系统的设计出支撑机床主轴磁悬浮轴承的主要技术参数,对机床主轴有源型8极锥形磁悬浮轴承的设计过程进行了详细计算。     

磁悬浮技术应用中的摩擦学特点

磁悬浮技术由其涉及的理论和技术领域决定其特点也具有多学科性。文章介绍磁悬浮技术及其在工程应用中的特点,特别对其在摩擦学中的应用特点进行了详细的描述,提出了电磁摩擦的概念;并从能量守恒的角度对磁悬浮支承下的转动和平动过程进行分析,获得了一种求解在非接触支承条件下相似摩擦系数的方法。最后给出了一组计算实例。     

磁悬浮飞轮陀螺力学与控制原理

通过对磁悬浮飞轮陀螺力学进行研究,并分析电磁力对转子章动、进动特性的影响,将磁轴承电磁力对飞轮转子的作用分成四种基本支承成分,分别讨论它们对转子章动与进动稳定性的不同影响.控制器可通过调整四种基本成分在总的电磁力中的比重,改变转子章动、进动的阻尼特性,实现转子的高速稳定运行.基于这些分析,总结出磁悬浮飞轮控制器设计的基本原则.该原则为高速下磁悬浮飞轮转子系统控制器的设计指明方向.     

永磁悬浮无尘传送系统的悬浮特性及解耦控制仿真分析

介绍了一种永磁悬浮无尘传送系统。该系统采用两对双列对称布置的非接触主动永磁悬浮支承。悬浮支承中,永磁铁提供磁性力,伺服电机驱动永磁铁转动,通过改变悬浮支承与悬浮导轨间的磁通量实现悬浮力的实时控制。通过消除冗余的悬浮支承控制点建立悬浮系统的动力学模型,应用LQR控制方法仿真分析未解耦系统的悬浮特性,证明该系统的耦合性及不易控制性。此外,采用状态反馈解耦控制策略对系统进行解耦控制仿真,结果表明该策略可以使系统解耦,并具有较高的稳定性和较快的响应特性。     

多个磁悬浮轴承转子系统动力学特性研究

多个磁悬浮轴承支承的转子系统,由于支承位置的不对中会造成各个轴承的支承载荷变化。针对某一转子模型,分析采用不同个数的磁悬浮轴承支承时,各个支承载荷随着支承位置不对中的变化情况,并在三个磁悬浮轴承转子系统中得到验证。针对转子动力学特性,分析了支承高度不同时,转子固有频率的变化。此外,采用传递矩阵法,分析转子随着支承个数的增加,其不平衡响应变化情况,并实验对比了采用三支承和两支承时,转子的振幅。三支承较两支承,转子振幅有所减小。     

轴向磁悬浮轴承支承特性理论分析和实验

磁悬浮轴承广泛用于高速旋转机械,磁悬浮轴承的支承特性对研究该系统的动力学问题具有重要影响。提出了准确地测量轴向磁悬浮轴承支承参数的通用方法,为磁悬浮轴承转子系统动力学仿真分析、优化设计提供了可靠的建模依据。以一轴向磁悬浮轴承为例,首先在理论上计算了力-电流系数和力-位移系数,然后采用载荷法进行实验测定,实验结果略小于理论计算结果,因为实际系统存在漏磁,所以这是合理的。实验测定磁悬浮轴承刚度阻尼的方法主要是利用外部激振力对系统的激振和测试得到的系统响应之间的关系来识别,采用力锤脉冲激振法,从轴向磁悬浮轴承稳定悬浮下的频响函数中,测出系统的刚度约为4.55×106N/m,阻尼约为748N.s/m。     

离心式磁悬浮血泵用混合磁悬浮支承设计与仿真

摩擦和磨损会导致离心式血泵机械轴承的寿命短、发热量大,易引起血栓和溶血,针对此,提出了一种离心式血泵用混合磁悬浮支承结构。采用数值计算法对血泵用磁悬浮支承进行了磁场分布数值模拟,设计了基于边缘效应的磁悬浮支承结构实验原型样机,搭建了控制系统,并以实验验证了该结构静态悬浮的可行性。研究结果为离心式磁悬浮血泵的结构设计和溶血问题的改善提供了重要依据。