高速空气静压主轴动静态特性的有限元分析

本文利用ANSYS软件过对高速大功率空气静压电主轴动静态特性进行有限元分析研究，得到电主轴的动静态特性的理论数据，为后续对轴承的支承结构和主轴的动静态特性进行优化提供必要的理论依据。     

不同控制策略对高速电主轴动态性能影响

针对高阶、强耦合、非线性复杂机电耦合系统的高速电主轴,内置的电机控制效果直接影响其动态性能问题,对各种控制策略控制特点进行系统研究,建立高速电主轴动态数学模型;重点对U/f控制及矢量控制,利用实验研究高速电主轴的控制精度与主轴机械参数间动态关系,为改善高速电主轴动态性能、寻找更优控制策略提供试验依据及分析方法;并展望高速电主轴系统控制策略的未来发展趋势。     

油膜阻尼器—滑动轴承转子系统优化设计

挤压油膜阻尼器在一定程度上可以提高旋转机械系统稳定性。运用数值模拟的方法,对SFD―滑动轴承转子系统的灵敏度及动力学优化进行系统研究。研究表明：挤压油膜阻尼器间隙、轴承间隙、转轴刚度及油粘度对前两阶临界转速的影响较大,系统对这些参数的灵敏度相对较高。基于灵敏度分析得到优化的设计变量,采用遗传算法对临界转速进行了优化分析,优化目标是使工作转速尽可能远离临界转速。经过优化后,系统的临界转速得到较大改善。优化设计为提高高速转子系统的动力稳定性提供了理论基础和分析方法,从而为此类转子系统的设计提供参考。     

基于Taguchi改进算法的脱水机悬挂系统参数优化研究

高速脱水机减振悬挂系统是其工作状态下抑振性能的基本保证,其中悬挂系统参数的波动更是直接影响高速脱水机的抑振效果。利用高速脱水机的动力学模型建立其筒体振幅的响应面模型,以该响应面模型为优化目标,悬挂系统参数为优化对象,分别采用传统遗传算法和基于Taguchi改进方法的混合遗传算法进行参数优化。对两种优化方法应用蒙特卡洛法进行算法分析。基于优化结果,开展高速脱水机多工况筒体振动试验研究,并进行对比验证。结果表明,基于Taguchi改进方法的混合遗传算法具有更优的精确性和稳健性,对于工程应用具有指导意义。     

基于 Taguchi改进算法的脱水机悬挂系统参数优化研究

高速脱水机减振悬挂系统是其工作状态下抑振性能的基本保证,其中悬挂系统参数的波动更是直接影响高速脱水机的抑振效果。利用高速脱水机的动力学模型建立其筒体振幅的响应面模型,以该响应面模型为优化目标,悬挂系统参数为优化对象,分别采用传统遗传算法和基于Taguchi改进方法的混合遗传算法进行参数优化。对两种优化方法应用蒙特卡洛法进行了算法分析。基于优化结果,开展了高速脱水机多工况筒体振动试验研究,并进行了对比验证。结果表明,基于Taguchi改进方法的混合遗传算法具有更优的精确性和稳健性,对于工程应用具有指导意义。     

基于磁流变装置的高速电主轴动态加载系统研究

为有效预测高速电主轴的寿命并评价其精度保持性,需要对高速状态下的电主轴进行动态加载测试。应用磁流变液对电主轴进行动态加载并进行加载性能测试。介绍该加载系统的构成与原理,并通过电磁仿真与实验,获取力矩-电流、力矩-时间变化规律,探讨高速下磁流变液的剪切模型,并对原始公式予以修正。理论计算与实验结果表明修正模型及分析流程具有一定精度,说明磁流变液的粘度和剪切屈服应力会随转速、电流的改变而变化,也验证该加载系统的正确性和可行性,为高速电主轴的动态加载性能研究提出了一种全新的方法。     

基于ANSYS的电主轴热结构耦合分析

以高速电主轴为研究对象,利用Solidworks建立主轴的三维实体模型,采用有限元法对电主轴进行结构分析,将ANSYS的热分析结果作为初始载荷,外加结构载荷,对电主轴进行了热结构耦合,获得了电主轴的应力应变分布云图和主轴的最大变形量,为该型电主轴的优化提供了理论依据．     

一种高速卧式加工中心的整机结构设计

高速加工中心高速、高效、高精、复合化的发展趋势对机床的设计理论、方法和技术手段等层面都提出了新的要求,本文以高速卧式加工中心传动系统设计过程中高速电主轴技术和高速进给系统设计为主要对象,在系统研究的基础上,对相关技术进行了分析。     

高速电主轴铣削稳定性研究

建立了高速电主轴轴承-转子动力学模型,并分析高转速与铣刀刀尖点处传递函数的关系,以此为基础建立高速电主轴铣削稳定性模型。以D62D24A型高速电主轴为例,针对转速对轴承动态支承刚度的"弱化"作用,计算系统第一阶径向振动固有振型,理论分析并经实验验证系统第一阶径向振动固有频率的变化趋势,并解析转速影响下的系统铣削稳定瓣图,实验验证了高转速下系统铣削稳定性能的变化趋势。     

高速电主轴块控自适应反演控制

针对高速电主轴驱动控制系统的不确定性,强耦合,非线性等难点,提出基于智能RBF调节神经网络的高速电主轴块控自适应反演控制方案。采用李雅普诺夫稳定性理论推导出主轴系统的控制律和参数自适应律,主轴转子转速及磁链跟踪显示出优良的瞬态性能并且能够对附加扭矩干扰以及主轴系统的不确定性具有较强的鲁棒性。仿真结果验证了此方案的有效性和合理性。     

150MD24Z7.5高速电主轴多场耦合模型与动态性能预测

电主轴是机电一体化产品,充分考虑并预测其动态特性是机床主轴系统优化设计的前提。本文基于电主轴内部磁场、电场、温度场、结构场间的耦合关系,建立了150MD24Z7.5高速电主轴多场耦合有限元模型,通过电主轴电机电磁损耗及轴承摩擦生热计算,仿真电主轴温度场及结构场变化,讨论电主轴热态特性与振动特性之间耦合关系,分析电主轴温升热膨胀后气隙变化对振动特性的影响并通过实验加以验证。研究结果表明,电主轴温升形变对振动幅值影响较大,其中由气隙变化引起的电磁力幅值增加12.1%。利用该多场耦合模型可预测电主轴振动幅值,预测误差为10.2%。     

高速电主轴驱动控制技术研究综述

高速电主轴是高速数控机床核心功能部件,主轴单元融合了高速电机、精密轴承、驱动控制等关键技术。高速主轴电机的驱动控制技术是决定主轴动静态性能的关键因素之一。因此,有必要对现有的主轴电机驱动控制技术进行系统分析和深入总结。根据主轴电机驱动控制技术的发展历史:从V/f控制、矢量变频控制、直接转矩控制到混合驱动控制以及智能控制等关键控制技术进行逐一分析和评述。在此基础上总结各控制技术客观存在的问题并进行对比分析,最后对高速电主轴驱动控制技术的发展趋势进行了预测和展望。     

多档位行星变速传动系统动力学参数优化修改

针对多档位行星变速传动系统因为参数选取不当致使多个档位存在扭转共振的问题,提出以系统固有频率对参数相对灵敏度为约束条件,采用相对初始参数变化率最小的动态优化目标函数和动态约束边界的多步遗传优化算法,对系统进行了多档位动力学参数优化修改。对采用不同优化步长情况下以基于相对初始参数最优和基于单步最优为目标函数进行了对比研究,并对行星传动系统固有频率对参数灵敏度用于传动系统多档位和单个档位参数优化修改的特点进行了分析。结果表明:以相对初始参数最优的多步遗传优化算法可以获得相比以单步最优的多步遗传优化算法更好的优化结果;行星变速传动系统单个档位固有频率对参数的灵敏度不能直接作为多个档位同时进行参数优化修改的参考。参数优化修改后系统所有档位在工作转速范围内都不会发生扭振共振,可为多档位行星变速传动系统设计提供一定的指导。     

基于近似模型管理的汽车安全带约束系统优化设计

为提高汽车安全带约束系统的安全防护能力,通过实车碰撞实验对安全带约束系统数值模型进行校正;基于径向基函数建立安全带约束系统的近似模型,运用IP-GA遗传算法对安全带约束系统的动态特性参数进行优化。优化中为控制由近似模型所致误差,通过模型管理更新近似模型,并将误差达到允许范围内优化解作为实际问题的解。结果表明,该方法能快速有效获得安全带约束系统的最佳匹配参数,确保汽车乘员的安全性。     

基于实测扫频响应反推管路卡箍支承刚度及阻尼

为了建立管路系统动力学模型并分析其振动特性,需获取动载荷下卡箍支承刚度及阻尼等力学特性参数。该研究提出一种基于实测扫频响应的响应面法来反推上述参数的方法;提出了基于响应面反推管路卡箍支承刚度和阻尼的辨识算法;利用自编有限元创建了管体-卡箍系统的动力学模型,推导了管路系统振动响应;在利用响应面法的匹配计算中,进行了卡箍刚度及阻尼关于频率和对应响应的多项式拟合,并采用基本遗传算法进行了优化。在实例研究中,用提出的方法辨识出了所研究管路卡箍的具有频率依赖性的支承刚度和阻尼;将辨识值回代到分析模型中,通过比较预测的与实测的频域响应,共振频率及响应偏差均小于3%,证明了辨识结果的合理性。     

高转速对电主轴系统动力学特性的影响分析

高速切削的加工质量、加工效率与高速主轴系统的动力学特性密切相关,而转速对主轴系统的动力学特性有着明显的影响。该文首先确定了由高转速所诱发的主轴系统动力学特性影响因素,包括离心力、陀螺力矩以及轴承刚度软化等,并列举了围绕上述影响因素的相关研究成果。在此基础上,基于有限元法构建了考虑转速的主轴-轴承的通用有限元模型。以某电主轴为例,分别定性或定量分析了离心力、陀螺效应、轴承的径向刚度以及上述因素的耦合对高速主轴动力学特性的影响。该文的研究表明,主轴在高速运转状态下,轴承径向刚度、离心力和陀螺效应对主轴系统动力学特性都有较显著的影响,在对高速运转状态下的主轴系统动力学建模时,必须考虑上述影响因素。     

汽车车身耐撞性设计参数的区间稳健性优化

基于区间分析,提出了一种考虑公差的汽车车身耐撞性稳健优化设计模型,可在有效降低耐撞性能对设计参数波动敏感性的同时实现公差范围的最大化。该模型首先利用对称公差来描述汽车碰撞模型中车身关键耐撞部件的主要尺寸、位置和形状等设计参数本身的不确定性,然后将参数设计和公差设计相结合,建立了以稳健性评价指标和公差评价指标为优化目标,设计变量名义值和公差同步优化的多目标优化模型。再次,利用区间可能度处理不确定约束,将该优化模型转换为确定性多目标优化模型。最后,将该模型应用于两个汽车耐撞性优化设计问题,并通过序列二次规划法和改进的非支配排序遗传算法进行求解,结果表明该方法及稳健优化设计模型可行且实用。     

计及套圈变形的电主轴角接触球轴承动刚度分析

针对高速电主轴结构特点,应用弹性力学和滚动轴承动力学理论,建立考虑内圈弯曲变形影响的角接触球轴承动刚度分析模型,探讨不同工况下内圈的径向挠度及其对轴承动刚度的影响,最后在12MD60Y6型号电主轴上进行轴承动刚度测试。理论和实验结果表明,内圈径向挠度和轴承的轴向载荷成正比、与转速成反比,在重载条件下其值不容忽视。考虑内圈径向挠度的轴承动刚度计算结果更接近实验结果。