高速电主轴动态非接触电磁加载研究

针对高速电主轴接触式加载存在结构复杂、磨损及振动大等问题,提出一种非接触式电磁加载方法。该方法中动态电磁力可模拟主轴实际切削力载荷,实现高速电主轴动态非接触加载。利用电磁理论建立了非接触电磁加载模型,分析了电磁力的影响因素。解决了实现电磁加载的关键技术,并完成加载实验台整体设计。在转速为9 000 r/min、励磁电流为40 mA的加载条件下,针对170MD18Y16型磨削电主轴进行了动态加载实验,并对比了励磁电流和转速变化时动态电磁力的理论和实测值。结果表明,动态加载理论值与实测值变化一致,二者误差较小,验证了动态非接触电磁加载方法的有效性,且改变励磁电流和转速可实现不同条件的加载。     

高速电主轴非接触加载动态电磁力分析与计算

高速电主轴可靠性实验中非接触电磁加载装置需按实际载荷控制径向电磁力。为实现径向加载的闭环控制,建立了高转速加载时的动态电磁场解析模型,该模型综合考虑了实心加载盘高速旋转时产生的涡流磁场及对磁极原磁场的影响。对磁场解析模型的分析、求解得到了径向加载电磁力的解析表达式。解析计算结果表明磁极原磁场及加载盘转速是影响径向加载电磁力的主要因素。为验证解析计算的有效性,采用有限元法(FEM)建立了动态电磁场的三维仿真模型,得到了较为精确的仿真计算结果。为进一步验证径向电磁力分析的准确性,实测了加载盘在不同转速下的径向电磁力,结果表明计算值与实测值较吻合,证明动态电磁力分析与计算方法正确,研究结果可建立径向加载的控制模型。     

高速主轴非接触气膜加载刚度测试台的研制

针对主轴高速旋转情况下静刚度测试难以实现的难题,研发了一种非接触气膜加载装置。该装置由气膜加载器和5自由度调节机构组成,通过在气膜加载器与被测主轴间形成静压气膜的方法,实现了对被测主轴的非接触加载。与电磁加载方式相比,该装置对被测主轴的转速和运转时间没有限制,可在静止、高速及超高速下对主轴施加径向和轴向载荷,从而实现对旋转状态下的径向及轴向刚度的测试。此外,它还具有结构简单和加载力大小调节方便的特点。详细描述了该加载装置的加载原理和构成。同时对几种不同电主轴进行了实际加载实验,得到了旋转状态下的静态刚度与回转速度之间的关系。     

高速电主轴非接触加载装置的设计

高速电主轴作为数控加工中心等的核心单元,对其可靠性等性能的分析有着重要意义。根据动态电磁力场的原理提出设计了电主轴的非接触加载装置,并加以传感器系统来测量和分析电主轴的温升情况,并对加载力和加载机构进行了计算和设计,解决了传统加载方式存在的问题,提高了分析的可靠性。     

高速电主轴电磁加载的切向力分析

非接触电磁加载实现了高速电主轴的动态加载。在动态加载过程中,由于实心加载盘的高速旋转,其内部产生的涡流以及集肤效应会对电磁铁产生的磁场造成影响,而且随着转速的提高,影响更加明显,会导致径向力逐渐减小,并且产生切向力。本文旨在研究电主轴在动态加载时切向力在不同条件下的变化关系,主要利用解析法与有限元法分析计算加载过程中的切向力,其计算结果较吻合。通过分析不同条件下的动态加载过程,发现切向力的变化具有一定规律,切向力会随着转速、电流以及气隙的变化而产生增加或减小的趋势,最终得出了切向力的加载特性规律。     

高速电主轴电磁加载温升分析

加载盘的温升是非接触电磁加载装置动态加载过程中的主要问题之一。电磁加载的本质是利用电磁力来模拟工作载荷,而在动态加载过程中加载盘内会产生涡流,从而导致加载盘发热。主要分析加载盘在不同转速下的温升情况。通过红外测温仪对加载盘进行实时温度测试,以分析、计算热功率为基础,根据加载装置实际尺寸利用瞬态热路法对加载盘温升进行求解,最终得到不同转速下加载盘温升的变化情况以及加载盘的温升特性,为改善本电磁加载装置提供了重要依据。     

水润滑轴承加载装置电磁力动态变化机理研究

针对电磁加载装置电磁力在动态载荷模拟试验中的不稳定现象,为了给水力机械中的水润滑轴承性能研究提供准确载荷,电磁力动态变化机理需深入研究.首先,通过理论推导得到了电磁加载装置电磁力动态变化数学模型;其次,建立了电磁加载装置物理模型并进行有限元分析,获得了电磁力、磁阻力矩与磁通密度等参数的变化规律;最后,进行了电磁加载装置...     

高速电主轴加载试验的研究

针对电主轴转速高进行加载试验难以实现的情况,提出应用对拖式方法对其进行加载.详细描述对拖式加载方法的系统构成和加载原理,该系统不但可以完成对电主轴的加载,还可以测出加载过程中电主轴的基本参数,并绘制相应的特性曲线,使电主轴在不同工作点的状态一目了然.应用该系统对15 000 r/min的电主轴进行加载试验,通过对测得数据的处理和分析,验证对拖式加载系统的正确性和可行性,为高速电主轴动态性能的研究提供一种新的方法.     

水润滑轴承加载装置动态磁热耦合机理研究

针对水润滑轴承动态试验研究中电磁加载装置发热以及电磁力不稳定等现象,为了给轴承研究提供准确载荷,对电磁加载装置动态下的磁热耦合机理进行研究。首先建立了电磁加载装置能量损耗数学模型,对能量损耗进行理论分析;其次,构建了电磁加载装置物理模型,进行磁热耦合仿真分析,得到了磁感应强度、铜损耗以及铁损耗的变化规律;最后,进行电磁加载装置能量损耗试验。研究结果表明：动态下电磁力不稳定的主要原因是加载装置存在能量损耗,且以铜损耗与铁损耗为主;能量损耗与轴转速、加载装置激励电流以及初始温度有关,在激励电流1～3 A、转速0～1 800 r/min以及温度22～50℃工况下,电磁力试验值与仿真值最大误差为4.7%。     

基于高压水射流的高速电主轴柔性加载系统研究

高速电主轴的动态加载是测试其动态性能、寿命和可靠性等的关键环节.然而,高速电主轴的结构特征和极高的转速,使得其难以实现动态加载.基于高压水射流技术的高速电主轴柔性加载系统首次被设计、制造并测试,描述了该加载系统的原理、结构和组成.利用连续动量方程推导了射流冲击力模型.通过射流冲击力标定试验和射流流体有限元仿真,得到了加载力与靶距、射流压强、流量、喷嘴直径、标靶直径、转速之间的关系,实现了高速电主轴径向力和轴向力的定量加载.此外,利用该加载系统测试了径/轴向力对高速电主轴动态性能的影响,试验结果表明:①高压水射流技术可以为高速电主轴提供稳定的、长时的动态加载;②高速电主轴的温升、功率损耗和振动会随着径/轴向负载力显著增大,空载测试不能揭示高速电主轴的真实动态性能.为解决高速电主轴动态加载的难题提供了一种全新的试验方法.     

润滑油膜电磁损伤故障的机理及防治方法

以PWM变频凋速高速电主轴为研究背景，建立了诱发润滑油膜电磁损伤故障的共模电压的物理模型，分析了润滑油膜在共模电压作用下发生放电导致油膜劣化的物理化学机理，系统地提出了抑制润滑油膜电磁损伤故障的方法和途径。     

电主轴滚动轴承轴向预紧技术综述

概述了角接触球轴承在电主轴中的应用现状,分析了电主轴预紧力与电主轴精度、转速、寿命等性能的相互影响关系;回顾了轴承定位预紧技术和定压预紧技术的原理及特点;分类评述了采用液压装置、形状记忆合金弹簧、双金属隔套、压电装置、电磁力装置、离心力装置等预紧方式的调压预紧技术和自动预紧技术的原理及效果;最后,对电主轴预紧技术的未来发展趋势进行了预测与展望。     

高速电磁阀电磁铁的研究与开发

针对高速电磁阀快速响应的关键因素电磁铁电磁力大小与线圈驱动两方面的问题。对电磁铁铁芯形状、工作气隙相对于线圈位置、工作气隙大小、安匝数、圆形铁芯面积等因素影响电磁力进行了分析研究;提出了3种驱动电路,对3种线圈驱动电路影响电磁铁响应特性进行了对比,并运用Ansoft Maxwell软件对各因素与电磁力大小的关系、3种线圈驱动电路与电磁铁响应特性进行了模拟仿真计算,最后对电磁铁的开发提出了一种优化方案。研究结果表明,该优化方案对高速电磁阀的快速响应有一定的提升。     

电磁脉冲撞击加载装置的研制及其应用

利用脉冲大电流作用耳的电磁感应和能量转换原理,研制出电磁脉冲撞击加载装置,对冲击大小和冲击速度进行测试和标定。实验表明,该装置使用方便,操作简单,可以施加不同方向的载荷;冲击力大小可调、冲击速度稳定,载荷稳定。该装置已成功地应用在动态光弹性测量,并且得到了半无限板在冲击作用下的光弹性等差线。电磁脉冲撞击加载装置可以同多火花动态光弹仪或脉冲激光器联机使用,便于实验中全系统的自动化控制。电脉冲击撞击加     

一种离合器装置电磁铁的设计

介绍了一种电磁驱动离合器装置，对电磁铁的吸力及其工作情况的温升进行了计算，与相关的试验结果进行了比较与验证，选择出了吸力大小合适、温升不高且能长时间工作的电磁铁，并在人工模拟降雨试验装置中得到了实际的应用，达到了预期的效果。     

高速电主轴矢量控制机械特性分析与仿真

根据异步电动机的矢量控制原理,推导了高速电主轴矢量控制固有机械特性曲线的数学表达式,据此分析了高速电主轴转速闭环矢量控制在负载条件下的调速机理,得出转速闭环矢量控制通过调节同步转速使电主轴工作在互不相同但互相平行的固有机械特性曲线上,从而获得优良的静动态性能的结论。为了验证理论分析的正确性,根据高速电主轴的矢量控制方程,建立了一个带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统模型。基于此模型,对额定转速为15000转的170MD15Y20型高速电主轴进行了闭环矢量控制加载仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

高速高精度电主轴温升预测模型

提出高速高精度电主轴温升预测模型,将有限元模型与试验数据相结合,精确预测不同工况下电主轴的温度场。建立电主轴流场、温度场有限元模型,分析冷却系统及润滑系统参数对电主轴温度场的影响;考虑电主轴运行速度、载荷,设计电主轴损耗测试方法,将测得的电主轴总损耗作为计算电动机、轴承生热依据;考虑冷却系统、润滑系统参数及环境条件对换热系数的影响,采用最小二乘算法,基于电主轴表面温度测试数据,优化电主轴换热系数,并将优化后的换热系数作为有限元模型的边界条件。建立170SD30-SY电主轴温升预测模型,将换热系数优化前后的温度场仿真数据分别与试验数据对比。结果表明,换热系数优化后的温升预测模型预测的精度提高了4.78%,提出的电主轴温升预测模型有较高的预测精度。     

无速度传感器矢量控制下高速电主轴动态性能分析

为了研究高速电主轴的控制精度与主轴机械参数之间的动态关系,根据法拉第电磁感应定律建立高速电主轴的动态数学模型,并利用无速度传感器矢量控制逆变调速原理,将该模型的定子电流分解为励磁电流和转矩电流两个分量,组成两个独立的一阶线性子系统——磁链子系统和转矩子系统,实现励磁磁链和电磁转矩对各自参考值的全局渐进跟踪。试验结果表明,在无速度传感器矢量控制下,高速电主轴的励磁磁链受励磁电流的控制,且不受主轴负载和转速高低的影响,始终保持恒定;转矩电流控制高速电主轴的电磁转矩,与负载呈线性关系。有效控制励磁电流和转矩电流两个独立变量,不仅可以保证高速电主轴在负载状态下转差率小、转矩输出稳定性高的特点,而且当高速电主轴受到瞬间外力冲击时,其快速的转矩响应能力、动态速度跟随精度和抗挠动性等动态特性参数都可以通过控制励磁电流和转矩电流的精度实现。