高速无内圈式陶瓷电主轴设计开发与实验研究

利用高性能结构陶瓷作为高速主轴及轴承材料研制开发了一种无内圈式高速陶瓷电主轴单元,进行了陶瓷轴承失效机理的分析与内部结构参数的优化,确定了高速陶瓷电主轴-轴承的最佳预负荷及最佳润滑条件,实现了高速陶瓷电主轴单元样机的精密装配,并对其进行了综合性能测试与分析.结果表明,在最佳预负荷和油气润滑条件下,高速陶瓷电主轴可充分发挥结构陶瓷材料优良的综合性能,如高硬度、低热膨胀性、轻重量、高耐磨性和好的化学及热性能,极大地减小了主轴-轴承单元高速旋转的离心力和惯性力,并有效提高了电主轴系统的精度、刚度和使用寿命,且运行稳定可靠,精度保持性好.     

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.     

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。     

150MD24Y20高速电主轴热特性分析

目的分析电主轴热变形产生及分布,为研究电主轴热误差,提高主轴加工精度提供理论依据.方法基于电主轴稳态温度场分布,采用ANSYS顺序耦合理论,分析高速电主轴热变形分布情况.通过电主轴测试系统建立热变形实验,测量高速电主轴工作端热变形,验证有限元仿真结果.结果仿真结果表明:随着电主轴速度增高,主轴热变形和温升也越来越大.电主轴在热稳态下,沿着轴向伸长而径向弯曲变形.结论当主轴材料一定,热变形与速度几乎呈线性关系,同时,主轴温升越大,热变形越大.此结论为有效控制主轴热变形,减小热误差及提高主轴稳定性提供理论基础.     

轴芯冷却电主轴热特性分析的数值模拟与实验研究

为了改善高速高精密机床电主轴"外冷内热"的现状,基于电主轴热薄弱点分析,提出了一种轴芯冷却结构及系统;进行了轴芯冷却电主轴热特性实验,并结合热特性有限元数值计算模型研究了转速、负载和冷却油流量对电主轴热特性的影响。实验结果表明:该轴芯冷却结构和系统可显著减小不同转速和负载下电主轴系统内部各部件的温升;与没有轴芯冷却的常规电主轴相比,在轴芯冷却油流量为2.5L/min时,轴芯和轴承测点温升均减小了50%左右,轴芯轴向热变形减小了50.8%,系统热平衡时间减小了66.7%,从而提高了机床电主轴的加工精度和加工效率;轴芯冷却油流量从1.5L/min增大到2.5L/min时,系统热平衡时间减少。     

数控机床电主轴热敏感特性分析及试验研究

建立了数控机床电主轴的热动力学模型,基于热动力学理论对电主轴系统的热源分布及温度场的传热特性进行分析.采用互相关和互信息量算法研究了数控机床电主轴系统的热敏感特性,分析了温度场对热变形的影响规律及耦合特性,结果表明电主轴系统存在热敏感区域并具有热漂移特性.通过在热敏感区域内筛选温度敏感点从而建立热误差预测模型,实现了对电主轴轴向和径向热变形建模和预测.以YK73200数控齿轮磨床为试验平台开展了电主轴系统的热敏感特性试验.通过对磨床电主轴系统热变形预测值与实测值进行分析和对比,验证了电主轴系统热敏感区域温度与相应热漂移之间的内在关系模型,试验结果为开展精密数控机床热误差补偿技术研究提供理论指导和实验基础.     

HDJD240-18/35T高速精密永磁同步电主轴

本电主轴根据《湖南省科学技术厅重点项目合同书“高速精密机床电主轴的中试开发”》的相关要求进行研制，应用了国家自然科学基金项目（No．50205008）的相关研究成果。该产品主要应用于现代高速加工机床，如加工中心、磨床、铣床、车床、钻床等。项目组对高速精密永磁同步型电主轴进行了系统的理论研究，研制成功了我国第一台高速精密永磁同步型电主轴。该电主轴集成了主轴系统动态热态特性设计、精密加工与精密装配、高速陶瓷球混合轴承、油气润滑和高速电机与驱动等技术，获得了多项国家专利。     

一种新型轴芯冷却电主轴的热特性分析

为了进一步改善高速精密机床电主轴的热特性,提出了一种新型轴芯冷却结构,在电主轴轴芯均布多个U形冷却单元,通入冷却介质,可对轴芯和轴承进行高效冷却;建立了电主轴热-结构耦合分析模型,并基于模型研究了该冷却结构对电主轴热特性的影响。结果表明:该轴芯冷却结构能有效控制电主轴系统的温升,与无轴芯冷却的电主轴相比,电主轴总热变形减小了50.2%,系统热平衡时间缩短了50%,从而进一步提高了加工精度和效率;通过调节冷却介质的参数,电主轴在不同转速下的轴向热变形的变化量可控制在2μm以内。     

数控机床高速电主轴动态性能测试与分析

电主轴的性能尤其是动态性能直接影响着主轴运转的稳定性及高速加工的加工精度和生产效率,也决定着高速数控机床的整体发展水平。通过分析数控机床高速电主轴动态性能的主要影响因素,搭建了电主轴动态性能测试试验平台,完成了电主轴在1 000~15 000 rpm转速范围内的振动信号采集与处理,实现了电主轴的动态性能测试与分析,并据此提出了提高电主轴动态性能的有效措施。     

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.     

基于WSN的轨道客车空调数据采集分析系统

为快速准确地验证高速动车组空调系统的数值模拟计算结果,提出了一种数据采集分析系统方案。通过对比分析试验测量与模拟计算的结果,帮助设计人员评价车厢内的热舒适性,建立新的客车空调效果检验模式。系统由无线数据采集子系统、空调性能分析软件及空调设计数据库组成。无线测量网络基于ZigBee协议,节点硬件应用JN5139模块设计,采用Cskip算法的树型网络地址分配策略,对温湿度传感器进行非线性补偿;CFD（Computational Fluid Dynamics）计算使用FLUENT软件;用ADPI（Air Diffusion Performance Index）指标评价热舒适性。小规模模拟试验表明,系统工作稳定可靠,准确地实现了温湿度等参数的实时测量。     

基于单片机的多点定时温度采集与图形显示

本系统是基于STC单片机和单总线温度传感器DS18B20组成的多点定时温度采集系统,并将采集的温度数据以图形和表格相结合的方式显示在液晶屏上。该系统结构简单、性能可靠、操作简便,是主要针对需要定时采集温度数据与观察温度变化曲线的热学实验而设计的。     

多功能齿轮试验台数据采集系统研究

多功能齿轮试验台是一种自行开发的能够进行多种齿轮试验的装置.采用单片机加A/D转换器,结合温度、压力、扭矩等传感器设计了数据采集系统硬件结构,采用Dephi并内嵌汇编语言编写了数据采集软件,满足了齿轮传动试验所需要的高精度、实时采集实验数据的要求.     

一种纯电动汽车蓄电池组温度监测系统的设计

采用ATMEL公司的AT89S52微处理器结合DS18b20温度传感器对纯电动汽车蓄电池组工作温度进行检测，利用数据采集卡USB-6009将检测的数据上传至上位机PC，利用上位机的LabVIEW开发的数据采集和分析软件实现对蓄电池组温度监测。     

基于LabVIEW的温度测试系统

介绍了基于虚拟仪器技术设计的温度测试系统。将高性能的数据采集卡PCI-1711与传感元件和调理电路于一体,构建成了温度测试硬件系统,软件基于Labview虚拟仪器开发平台,采用模块化设计,实现了检测信号的实时采集、数据处理、数据显示等功能。系统可应用于实验教学中。     

载货汽车制动蹄片温度监测方法研究

为实时掌握载货汽车制动蹄片温度变化状况,研究一种用于监测制动蹄片温度的方法. 通过运动分析找出制动蹄片位移最大位置,从而获得温升最大位置,也即蹄片温度监测点;利用传感器、数据采集模块、数据处理模块构建载货汽车制动蹄片温度监测系统,进行传感器选型、软件系统设计、研究系统实施方法;通过对比验证实验进行监测系统数据采集. 实验结果表明,系统的监测误差≤2.5%,证实了该制动蹄片温度监测系统的有效性.     

基于WSN和Labview的发电机温度监测系统的研制

主要介绍了一种基于无线传感器网络（WSN）和Labview的发电机温度实时数据采集系统,着重阐述了温度传感器模块和无线传感器节点的实现,以及其与基于Labview的实时温度数据访问的实现过程,并结合工程实例完成某一发电机的主要部件温度实时数据采集系统实验。实验结果表明,该技术使用方便,运行稳定,具有良好的应用价值,是进行系统快速开发的一条有效途径。     

集成一体化干湿球温湿度传感器的研究

温湿度传感器发展的历史很悠久,同时也出现了很多新型温湿度传感器。本文重点在干湿球理论的基础上,设计了干湿球温湿度传感器的数据采集系统硬件电路。为了保证温湿度测量精度,对硬件电路进行了误差分析,并且提出了系统误差的改善方法。     

计算机多点温度实用检测系统的设计

设计一种以89C52为核心的实用新型计算机温度采集系统．它采用J类热电偶作为测温元件,利用集成电流的温度传感器AD590,实现热电偶冷端温度的有效补偿,从而提高系统的精度、稳定性和抗干扰性能．该系统主要从工程实际出发,对元件选择、电路设计等方面进行研究．在给出核心硬件电路的同时,提出可对多路数据作采集、处理并实现报警功能的可拓展电路．实现了低成本、远距离传输温度巡回检测。     

电动多旋翼无人机转向能耗测试系统设计与试验

本文针对电动多旋翼无人机的能耗测试,设计了一种基于单片机的无人机转向能耗测试系统。该测试系统主要由角速度传感器,功率测量模块,无线通讯模块以及单片机等部分组成,并基于LabVIEW软件设计了上位机程序,以实现对测试过程数据的实时显示和保存。对系统进行试验表明：系统数据采集频率为100 Hz,电压测量精度为99.93 %,电流测量精度为99.87 %,转向角度测量精度为98.10 %,可见该系统测量精度较高,能满足电动多旋翼无人机转向能耗的测试及相关数据的获取。