高速电主轴转子轴承系统动力学特性分析

为了预测高速电主轴转子轴承系统的动力学行为,本文以150M D25Z7.5高速电主轴转子轴承系统为研究对象,考虑质量偏心及"负刚度"效应,建立转子轴承系统动力学模型.运用Runge-Kutta法及稳定性理论,分析了系统动力学响应及不动点处的局部稳定性.结果表明:①转速的增加,系统振幅逐渐增大,且系统表现出复杂的动力学行...     

高速气浮电主轴转子系统不平衡响应分析

针对高速气浮电主轴转速高,动力学行为复杂,对不平衡激励敏感的特点,基于推广的拉格朗日方程,建立了高速电主轴转子气体轴承系统的动力学数学模型,获得了自由振动微分方程与强迫振动微分方程。在分析气浮电主轴系统残余不平衡质量产生的惯性离心力及不平衡磁拉力的作用机理的基础上,利用有限元方法,对某最高工作转速为250000 r／min 的高速气浮电主轴转子系统进行了不平衡激励的谐响应分析,揭示了运行于超临界模式的高速气浮电主轴在不平衡激励下的动力学行为,为实际工程应用中的高速气浮电主轴转子系统的优化设计、振动控制等提供了理论依据。     

多参量耦合的电主轴热特性建模及分析

为了深入研究电主轴热特性,通过分析轴承非线性力学特性与热效应间的耦合作用机制,建立了综合考虑热诱导预紧力和黏温效应的轴承动态生热计算模型;在引入接触热阻的基础上,基于系统内部多参量耦合关系,建立了电主轴热-结构耦合计算方法。以某型号电主轴为试验平台,进行了温升及热变形试验,利用试验数据对所建模型和分析方法进行了验证。最后,采用所建模型,对电主轴进行了热特性分析,结果表明:不同工况下电主轴仿真结果与试验数据吻合度良好,所建模型和分析方法进一步提高了仿真计算精度;电主轴温度场分布表现为外冷内热;轴芯热积聚导致的电主轴轴向热伸长是影响加工精度的主要因素;受到配合方式和装配位置的影响,轴承在温升过程中预紧力不断减小。     

高速电主轴在切削过程中的振动分析与研究

针对高速电主轴在高速切削过程中主轴轴端的振动问题,文中通过建立主轴轴端在受高速切削力的条件下的拉刀—主轴—轴承双转子系统振动动力学模型,并对电主轴的固有频率与振型进行有限元分析,模拟主轴在切削力的作用下的响应,最后通过测试电主轴的振动量完成对振动分析结果的验证。结果表明:总切削力在垂直于假定工作平面方向上的分力对主轴振动的影响最大,实现了对主轴振动的更有效的分析方法。该方法对提高主轴加工精度有一定的指导作用。     

基于整体传递矩阵法的导向工具偏心主轴动力学特性

指向式导向工具主轴是进行导向作业的关键部件之一,其动力学特性将直接影响到井眼轨迹控制效果及作业安全,因此非常有必要开展工具主轴偏置状态下的动力学特性的研究。基于整体传递矩阵法,建立了指向式导向工具外壳-轴承-主轴系统动力学模型,推导出了主轴任意节点处的几何和力学方程,分析了空载工况下导向工具整体固有频率和振型,结合实例计算了不同偏心距和不同转速下的导向工具主轴测点偏移量,并利用指向式导向工具的试验台架进行了主轴测点偏移量实验验证。结果表明,实验测得的数据与理论推导的主轴测点偏移量数据非常接近,误差最大仅为6.48%,由此验证了所建力学模型的合理性。     

高速电主轴力-热耦合特性建模

针对高速电主轴工作在力热耦合状态下,结合部刚度、阻尼、热阻等物理参数确定及结合部的精确计算困难等问题,采用分形接触理论和赫兹接触理论,研究了高速电主轴固定结合部和可动结合部的力-热耦合特性,建立了高速电主轴结构界面的物理表征方法.在此基础上,提出了一种考虑结合部特性的高速电主轴力-热耦合建模及其数值方法,并结合机床高速电主轴实验测试,验证了该方法的有效性.     

轴承滚子加工精度对高速电主轴动力学性能的影响

以高速电主轴为研究对象,建立了能够在考虑滚子加工精度的情况下计算电主轴支承轴承每一个滚子受力和轴承刚度的计算模型和转子的动力学模型。结合具体算例研究了滚子加工精度对轴承轴心轨迹、转子临界转速、前三阶振型及不平衡响应的影响,同时研究了径向载荷对高速电主轴不平衡响应的影响。数值计算结果表明,当滚子的加工精度在理想状态时,轴承轴心运动轨迹为一个椭圆,随着滚子加工精度的降低,轴承轴心运动轨迹不再是一个椭圆。当滚动体加工精度和轴向载荷不变时,径向载荷越大,轴端的不平衡响应振幅越大。随着滚动体加工精度的降低,转子的临界转速减小,前三阶振型基本不变。当转子角速度相同时,加工精度越低,转子不平衡响应振幅越大;当加工精度不变时,随着转子角速度的增大,转子不平衡响应振幅越大。     

高速电主轴热态特性的ANSYS仿真分析

分析高速电主轴的发热和散热特性,建立高速电主轴热态分析有限元模型.运用 ANSYS有限元软件,分析热稳定状态下电主轴的温度场分布以及冷却润滑系统对电主轴温升的影响.分析结果表明,提高电主轴现有冷却润滑系统的冷却效率可有效控制轴承的温升,但对转子轴的温升影响很小,要有效控制转子轴的温升和提高电主轴的精度和寿命,必须研究转子轴的冷却途径和方法.同时,仿真分析转速对电主轴温升的影响,揭示电主轴温度场分布的非线性特征,为电主轴温升的在线监测和控制提供理论依据.     

基于损耗实验的电主轴温度场分析

目的分析高速电主轴温度场分布情况,为研究高速电主轴温升、热变形预测提供理论依据.方法建立高速电主轴1/4三维有限元模型,基于损耗实验计算主轴电机及轴承生热率前提下分析高速电主轴温升分布情况.通过电主轴测试系统建立温升实验,测量高速电主轴外壳不同部位温升验证有限元仿真结论.结果仿真结果表明:高速电主轴稳态温度场中转子处温度最高,温度为84.4℃;高速主轴壳体最高温升出现在电主轴轴头处,温升为23℃,与实验结果相比误差为8.6%.结论通过分析温升仿真和实验得到高速主轴外壳不同部位温升不同,外壳温度变化是一个非线性变化过程,前2000s温度快速升高,2000s后温度逐步稳定.此结论为有效控制高速主轴温升,减小主轴变形及提高主轴精度提供理论基础.     

高速电主轴机电耦合建模与仿真研究

由于缺乏对高速电主轴系统特性的完整理解,特别是在实际应用中,因高速电主轴自身的机电耦合失效而在没有任何报警情况下所产生的突发性故障,严重限制了高速电主轴的应用.基于机电系统分析动力学理论,从机电能量转换的机理、耦合磁场所起的传递作用出发,利用变分原理和状态方程建立了机电耦合动力学数学模型;对机电能量的转换,输入电压、电流与输出转矩、转速的相互关系做了量化说明,并用MATLAB/SIMULINK软件进行了仿真.     

高速大功率精密电主轴中的关键技术

高速精密大功率电主轴是高速数控加工机床中的核心部件，其性能的高低直接影响到高速加工机床的整体发展水平。本文阐述了该技术的国内外发展现状，系统介绍了制约电主轴发展水平的几项关键技术，并对高速大功率电主轴的未来发展方向进行了展望。     

定常横风作用下高速列车的安全性分析

基于空气动力学理论,建立高速列车空气动力学模型,计算不同运行速度下高速列车在明线运行和明线横风场景下的气动力荷载。同时采用多体系统动力学理论,建立车辆多体动力学仿真模型。将气动荷载导入车辆仿真模型,计算在无横风和有横风条件下,列车以不同速度行驶时的车辆动力学响应及其安全性指标。获得在无横风和有横风条件下高速列车运行安全性随速度的变化规律。研究结果表明,横风作用将对列车的安全运行构成极大的威胁。参照有关高速列车运行安全性评定标准,给出15 m/s横风风速下高速列车安全运行的速度限值。     

一种新型并联动力头的前馈控制策略与实验

为满足高速并联动力头在高速加工时的动态控制精度要求,研究了基于Turbo PMAC运动控制器的动力学控制方法,提出一种基本伺服算法与动力学前馈补偿相结合的控制策略.通过二次插补获得粗插补信息,再根据虚功原理建立力矩补偿模型.利用Turbo PMAC的力矩偏置设置功能,将补偿力矩按照粗插补周期发送给基本伺服系统,进而减少偏差反馈所需的控制能量.在新型三坐标并联动力头上进行了不同工况的实验,证明该控制策略易于实现,通用性强,可大幅减少高速运动下的跟随误差和力矩波动,明显改善系统的动态特性,提高运动精度.     

电主轴单元实验平台螺栓结合部动力学模型解析

针对电主轴单元实验平台系统,在铅垂方向上建立其螺栓结合部动力学模型,利用结合面积积分法计算出结合部的特性参数,对螺栓结合部动力学模型进行理论解析,提出减小振幅的措施.     

新型多功能电动轮设计及整车动力性能仿真

为节约能源和保护环境,适应未来城市交通的要求,提出了一种用于电动汽车的集动力、悬架、制动和行驶为一体的高效紧凑的多功能电动轮系统。对轮毂电机、悬架和制动器进行了选型,形成了直接驱动型电动轮系统方案。结合城市道路条件和行车环境,确定了整车参数,进行了轮毂盘式永磁电机的结构设计和动力参数的计算。设计了基于MR阻尼器的车轮内装半主动悬架。把电动轮与四轮独立驱动电动汽车车体进行耦合,在电动汽车仿真软件ADVISOR基础上,建立整车动力学仿真模型,对整车进行了动力学仿真。结果表明,该车的动力性能与设计指标基本相符,能够适应城市的交通状况,电动轮驱动系统的设计方案是实用、可行的。     

高速木工机械电主轴热态特性分析

介绍了高速木工机械电主轴的特点,分析了高速木工机械电主轴单元的热变形机理.建立了某型高速木工机械电主轴热态特性有限元分析模型,利用ANSYS进行了稳态温度场分析,并利用分布加载瞬态热分析模拟了机床的实际工作情况,得到了电主轴的温度场分布情况,为有效控制电主轴的温升提供了理论依据.在分析结果的基础上,提出了改善电主轴热态特性的措施,为电主轴冷却结构设计提供了参考.     

基于电力测功和压电陶瓷加载系统的高速电主轴可靠性试验台设计

 高速数控机床的工作性能首先取决于高速主轴的性能。设计了一种基于电力测功加载系统和压电陶瓷加载系统的高速电主轴可靠性试验台,它能够完成转速为18000r/min以上的电主轴可靠性试验;实现高速电主轴的性能指标测试,如电主轴温升控制,主轴的径向跳动和轴向窜动等的测试;采用电力测功加载系统及压电陶瓷加载系统模拟主轴受力状况(包括径向力、轴向力与扭矩),实现电主轴的动态加载实验与测试;检测试验过程中的各种故障,记录试验过程中试验信息,并可进行查询,通过采集的参数数据进行可靠性分析,为提高电主轴的可靠性提供了定量数值评估平台。     

基于矢量变频技术的异步电动机调速系统建模及仿真分析

从分析变频调速原理和电动机的统一理论出发,基于三相数学坐标的变换建立三相异步电机动态数学模型.通过分析此动态数学模型,在Matlab/Simulink环境下构建了这种矢量控制系统的仿真模型并进行了深入仿真研究.仿真结果表明通过调节各个模块的参数,可得到理想的仿真波形,实现整个系统的仿真,从而验证了仿真系统模型及所建立的调速系统动态数学模型的正确性.     

A dynamical system-Markov model for active postsynaptic responses of muscle spindle afferent nerve

Motoneuron is the control unit of skeletal muscles,and the dynamic frequency-regulating feedback from the afferent nerve of receptors like muscle spindles forms the physical basis of its closed-loop regulation.Focused on the synapses of muscle spindle afferents,this paper established a dynamical system-Markov model starting from presynaptic stimulations to postsynaptic responses,and further verified the model via comparisons between theoretical results and relevant experimental data.With the purpose of describing the active features of dendritic membrane,we employed the methods of dynamical systems rather than the traditional passive cable theory,and identified the physical meaning of parameters involved.For the dynamic behavior of postsynaptic currents,we adopted simplified Markov models so that the analytical solutions for the open dynamics of postsynaptic receptors can be obtained.The model in this paper is capable of simulating the actual non-uniformity of channel density,and is suitable for complex finite element analysis of neurons;thus it facilitates the exploration of the frequency-regulating feedback and control mechanisms of motoneurons.