基于ANSYS的全陶瓷电主轴动态分析及振动性能测试

对设计的全陶瓷电主轴进行结构分析,在ANSYS中建立了其轴承-主轴转子系统三维有限元模型。采用Subspace法计算了前6阶固有频率和振型,计算出临界转速,然后通过Harmonic分析得到了主轴在不同激励下的动态响应,并对装配好的全陶瓷电主轴进行振动性能测试及其分析。ANSYS动态分析计算结果表明主轴设计工作转速远远低于其临界转速,能有效避开共振区;全陶瓷电主轴振动性能测试结果表明在设计范围内电主轴振动平稳,设计符合要求。     

欠驱动柔性胸鳍仿生设计及仿真

为了进一步提高咽颌运动模式鱼类胸鳍仿生机构的性能,以实际鱼类胸鳍的结构和驱动控制机理为基础,采用欠驱动技术设计了一套新型的柔性胸鳍仿生机构,建立其运动学和动力学模型,并采用Matlab对其性能进行了仿真分析。从仿真结果来看,所建立的新型柔性胸鳍仿生机构及其运动学、动力学模型是合理、有效的。它不但能够较好的模拟胸鳍的各种操纵运动,而且减少了驱动装置的数量,降低了系统的复杂性。从而为深入研究鱼类胸鳍的推进机理和新型水下操纵工具的设计提供了一定的基础和保障。     

Dynamic design for motorized spindles based on an integrated model

With increasing popularity in high-speed machining for its high efficiency, motorized spindles have been widely utilized in modern production facilities. Due to the combination of tools and built-in motors, the dynamic characteristics of motorized spindles are more complex compared with conventional spindles, and it is becoming necessary for engineers to thoroughly realize the influences of the system parameters to the system dynamics with considering the multi-physics coupling property. This paper presents an integrated model to study the electro-thermo-mechanical dynamic behaviors of motorized spindles. The integrated model consists of four coupled submodels as follows: bearing, built-in motor, thermal, and shaft model. Based on the proposed model, a design flow chart is developed and six design parameters are identified. The integrated model is validated experimentally and a design sensitivity analysis of the six parameters is then conducted based on a 170MD15Y20 type spindle. The results show that the integrated model is capable of accurately predicting the dynamic characteristics of motorized spindles, and the sensitivities of the six design parameters to the nature frequencies of the spindle system are obtained with and without the influence of the multi-physics coupling property. The coupling relationship among the electrical, thermal, and mechanical behaviors of the spindle system becomes clear from the results.     

大功率陶瓷轴承电主轴单元的研制

介绍了电主轴单元的优良特性及其应用，结合高速电主轴单元的研制实践，分析了大功率电主轴单元支承选用及预负荷的确定，探讨了电主轴单元的结构布局与设计，讨论了电主轴单元冷却与润滑系统的设置，通过实验测试电主轴的静动态性能，为加快开发新型电主轴及其在数控机床上的应用提供技术依据。     

离合器操纵机构扭转弹簧参数优化

为了评估某品牌汽车离合器性能,构建了离合器系统台架测试平台,通过模拟离合器系统在整车上的安装状态进行测试,得到踏板特性曲线及相关试验数据。针对台架测试中出现最大踏板力过大、预紧力过小、踏板下降力过小等问题,对离合器操纵机构进行力学建模,并分析影响离合器性能的相关因素。从工程实用的角度提出优化扭转弹簧的结构参数来改变踏板力学特性,保证离合器系统满足性能要求。对扭转弹簧进行运动分析并建立其力学模型,以扭转弹簧能够达到最大助力效果为原则,优化扭转弹簧安装角度;根据离合器设计约束条件,以扭转弹簧疲劳安全系数最大为目标函数,优化弹簧线径、中径、臂长和圈数等参数。将改进后的扭转弹簧重新装入踏板总成,通过测试平台验证了优化方案的可行性和合理性。     

圆盘式磁流变调速风扇离合器的理论研究

应用B ingham模型来描述磁流变液的本构方程,在理论上分析了盘式磁流变液风扇离合器的调速机理;建立了离合器传递转矩与输出转速的计算模型,并导出了设计计算公式;讨论了动态响应特性、功率损失特性、传递的转矩及调速范围与离合器结构参数等因素的关系。结果表明:影响离合器动态品质的主要因素为其结构参数,减小从动盘的转动惯量可以改善系统的动态特性;离合器的调速范围主要由工作间隙和磁流变液零场粘度决定,减小磁流变液零场粘度和适当增大工作间隙可以减小粘性功率损失,提高效率。     

快卸压高能螺旋压力机离合系统性能分析

分析了高能螺旋压力机NPS型离合系统的结构及工作特性，推出打击力与油压的静态控制关系，指出提高卸压过程动态响应能力的途径。为解决高能螺旋压力机在卸压过程中摩擦功消耗大及最终打击力难以控制等问题，研制了一种新型高能螺旋压力机，该机离合器按自锁原理设计并通过传感器与液压阀和释放阀的有机配合有效控制打击力。介绍了快卸压高能螺旋压力机的结构特点和工作原理。计算机仿真和样机试验结果说明，新机型能够提高螺旋压力机的响应速度和性能。     

磁流变限力安全带的设计原理

为了避免车用安全带在紧急锁止时对人体造成伤害,研究了一种可主动控制安全带约束力的磁流变限力器。介绍了限力器的控制原理和结构;运用磁饱和分析法探索了限力器阻尼力与外控电流的对应关系;根据人体胸部的安全承载能力,确立了限力器的限力极值,通过一算例验证了其可行性。该磁流变限力器与复合敏感式安全带锁止器配合,可实现智能控制且可以反复使用。     

脉动式无级变速器真实运动规律的研究

对脉动式无级变速器作了较全面的动力学分析。考虑运动副摩擦、电机转速，将系统简化为一个等效动力学模型；考虑超越离合器的弹性接触和滚动摩擦，建立了超越离合器楔紧过程的动力学模型。综合考虑上述各因素，对该机构进行了弹性动力学分析，计算出了考虑振动情况下的脉动式无级变速器的运动及动力特性、机构各运动副的约束反力以及超越离合器的动态工作过程等，为该无级变速器的开发研究及动态设计提供了依据。     

离合器摩擦片的热-应力耦合分析

离合器是汽车传动系中的重要总成,摩擦片是离合器的重要零件之一,对离合器性能具有很大的影响。为了提高离合器的工作性能,采用有限元技术对离合器摩擦片进行了热-应力耦合分析,基于所建立的离合器接合过程中的热传导物理模型,进行了有限元分析,并得到了热载荷下摩擦片的温度分布以及应力分布情况。实验研究结果表明,该方法对于离合器的使用、设计具有一定的指导作用。     

陶瓷球轴承高精密电主轴临界转速分析

主要研究陶瓷球轴承高精密电主轴动态性能。首先简化并建立轴承—转子系统模型,然后根据电主轴高精度要求选择合适的预紧力,并计算出前后轴承的径向刚度;将所建模型导入软件,根据径向刚度值进行模态分析,结果可以看出所设计电主轴在实际运转中不会产生共振;最后分析出电机转子安装位置变化对临界转速的影响不大,并对比跨距和悬伸量两个模态参数对临界转速的影响,跨距影响最大,悬伸量次之,而安装位置影响最小。该研究为电主轴的设计提供良好的理论依据。     

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。     

一种混合动力电动汽车速比设计与优化方法

针对一种PHEV混合动力电动汽车,在动力源功率一定并且需要保证整车动力性要求的前提下,对其传动系速比进行合理的设计与优化。仿真结果表明,可以通过调整速比与电机的最大扭矩,满足车辆动力性要求,达到减小电机体积及改善整车安装性能的目的;同时还可降低离合器的滑磨功损失,提高离合器使用寿命。     

车辆综合传动换档离合器结合过程动态特性研究

针对某综合传动装置,建立了换档离合器在结合过程中的动态模型,采用ＭＡＴＬＡＢ中ＳＩＭＵＬＩＮＫ进行动态特性仿真,通过试验,验证了所建立的数学模型和仿真计算方法的正确性和有效性,研究结果可以用于履带车辆综合传动换档离合器与液压系统的性能匹配和性能预测。     

膜片弹簧离合器仿真优化设计

为了在离合器设计过程中降低膜片弹簧离合器的制造成本,减少尺寸,使之在结构上得到更好的性能,提出了以整个结构重量最小为主要设计目标的离合器数学模型,并对膜片弹簧离合器参数进行了优化计算。结果显示,在保证性能要求的前提下,该方法所设计的膜片弹簧离合器能显著地降低结构的重量,对进一步研究膜片弹簧离合器具有重要的意义。     

链环式超越离合器自锁特性分析及全区间自锁的实现

链环式超越离合器在使用过程中 ,常常由于磨损和安装位置问题而不自锁 ,本文通过对链环式超越离合器自锁模型的分析 ,改善了链环式超越离合器的自锁特性 ,使链环式超越离合器在设计范围内实现了全区间自锁 ,并通过试验证明了这一点。     

面向机电耦合振动抑制的电主轴系统匹配特性研究

电主轴系统存在复杂的机电耦合作用,若系统机电参数匹配不当,将引起机电耦合振动,导致系统稳定性下降,工件加工表面质量降低。利用将电动机与主轴系统机械特性分离的动力学分析方法难以对系统的机电耦合振动进行有效的分析评价,也难以实现系统机电特性的优化匹配。提出基于机电耦合动力学模型的电主轴系统匹配特性分析方法,利用所提出的方法研究磨削电主轴系统逆变器工作参数、电主轴电动机电磁设计参数和砂轮机械参数对脉动转矩及定子电流频谱特性的影响,并在凸轮轴磨床上进行试验。揭示系统机电耦合振动的物理机制,提出通过优化逆变器工作参数、电主轴电动机电磁设计参数和砂轮参数抑制机电耦合振动的方法。经理论与试验分析证实,通过优化逆变器工作参数可有效抑制机电耦合振动,提高系统匹配特性和磨削质量,从而证实所提出的基于机电耦合动力学模型的电主轴系统匹配特性分析方法是有效可行的。     

基于动力学模型的快速反射镜设计

为了实现快速反射镜系统(FSM)的性能预测和快速设计,建立了两轴FSM的动力学模型,并提出了基于该动力学模型的FSM设计方法。介绍了FSM的结构与工作原理,推导了FSM的理想动力学模型,分析了FSM的高阶谐振和轴间耦合,建立了二自由度FSM整体模型。基于该模型,设计了某型FSM的主要参数,并进行了性能仿真。根据所设计的参数制作了FSM试验样机,测试了样机性能。试验结果表明：模型性能仿真结果与试验样机测试结果基本一致,系统带宽达到250 Hz以上,调节时间小于15 ms,超调量小于8%,定位精度优于20 μrad。结果表明,设计的FSM样机性能满足指标要求,验证了该设计方法的有效性和正确性。     

兼顾低速重载和高速轻载电主轴的可控预紧方法研究

为克服电主轴采用传统定压预紧方式低速时预紧力偏小和高速时预紧力偏大的弊端,提出了一种电主轴预紧力可控的预紧方式,对比研究了电主轴在这两种预紧方式下的动力学性能.结果表明,可控预紧电主轴能同时满足低速重切削和高速轻切削的加工要求.     

基于圆轴扭转理论的安全带限力杆设计

当车辆发生碰撞时,安全带对乘员安全具有重要的保护作用,但是,普通安全带对乘员胸部的冲击力较大,加大了普通安全带对乘员的伤害。限力型汽车安全带能够有效减小汽车碰撞对乘员胸部伤害,通过研究限力型卷收器的限力杆设计,推导计算过程,结合试验验证,为限力杆的设计提供理论依据和计算方法,提高安全带的本土化设计能力。