高速电主轴轴承热分析与实验研究

根据高速电主轴角接触球轴承中滚动体的运动情况,分析其受力状态,并考虑轴承预加载荷对滚动体在高速旋转状态下陀螺力矩的平衡效果,应用Palmgren经验公式计算轴承整体的摩擦热,然后依据传热学理论建立轴承的温升热模型,并用热网络法建立其热阻抗网络图,最后用120MD60Y6油雾润滑型电主轴的轴承进行试验验证.结果表明,轴承温升主要受转速、润滑油量、供气压力及载荷的影响,在主轴启动的初始阶段温升变化最快,且润滑油量和供气压力对轴承温升有一个最佳的适用范围.     

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。     

高速电主轴的电压解耦与负载特性

为了研究高速电主轴动态数学模型中耦合回路对高速电主轴负载特性的影响,根据控制理论的不变性原理,在高速电主轴给定电流和反馈电流的偏差处引入外部解耦支路来消除耦合电压的影响,研究解耦后高速电主轴的励磁电流和转矩电流在负载变化时对主轴磁通、电磁转矩以及负载特性的影响方式,并利用高速电主轴性能测试试验平台进行负载特性测试.理论分析和试验结果表明:高速电主轴的解耦效果会直接影响主轴磁通的稳定性和转矩电流对负载的线性跟踪能力,并通过不同频率下机械特性曲线的平行度、电磁转矩脉动程度、主轴的载荷能力、功率因素和效率等特性参数直接体现.因此,可以根据包含上述特征信息的机械特性曲线、功率因素曲线和效率曲线的变化趋势,判断高速电主轴的实际解耦效果,并预测高速电主轴在该控制方式下的动态性能.     

嵌入式视频显微镜自动调焦控制系统设计

针对视频显微镜手动调焦效率低、精度差、难以得到最佳显微图像的现状,设计了一种基于嵌入式开发和Matlab数字图像处理的自动调焦控制系统.通过在显微镜调焦、变倍手轮和光照调节处添加精密传动机构,并由单片机电路控制部分实现计数脉冲的获取和电机的控制;所获序列显微图像经电荷耦合器件(CCD)镜头传至PC系统,并由Matlab图像处理软件对其进行清晰度判定,结合设计的取均值约束二次调焦的变步长自动搜索算法,以寻找最清晰显微图像,从而完成自动调焦.实验表明:系统可完全取代传统手动调焦操作,且精度更高,在细分驱动条件下,调焦和变倍过程的最小精度可达到1μm.     

微装配中零部件搜索方法

针对如何快速且准确地在微装配的显微视野中寻找到目标零部件,并获取目标零部件的全局视觉信息的问题,提出了一种基于显微视觉倍率切换的微装配零部件搜索机制.详细分析了如何确定自动搜索步长;论述了自动搜索策略的原理与过程:通过自动扫描目标平面,以准确识别出目标平面内的微零部件,有效地克服了大范围微装配中显微视觉范围远小于操作域的局限性,保证了微装配零部件目标始终呈现在不同显微倍率视野中,为微装配机器人的进一步操作奠定了视觉基础.实验结果表明:提出的搜索方法搜索成功率达到了95％,平均搜索时间为28 s.     

粉末注射成型金刚石制品的溶剂-热脱脂工艺

利用粉末注射成型技术对金刚石/铜基钎料粉末进行了注射成型实验,制备出了小型金刚石制品。采用溶剂–热脱脂二步脱脂工艺对金刚石制品进行脱脂处理。分析了溶剂脱脂过程中脱脂温度及脱脂时间对脱脂率的影响规律;利用扫描电子显微镜观测了不同溶剂脱脂时间下微观孔隙形成情况;考察了分别在H2和N2气氛下热脱脂效果。结果表明:采用正庚烷为脱脂溶剂时,溶剂脱脂温度越高、脱脂时间越长,溶剂脱脂率越大,在35℃脱脂2.5 h后,脱脂率达到了92.1%,金刚石制品形成了大量的连通孔隙。在600℃保温60 min热脱脂后,金刚石制品中的黏结剂已全部脱除,制品中未发现鼓泡、开裂、塌陷等缺陷,脱脂效果良好。在热脱脂过程中,H2气氛脱脂相对于N2气氛脱脂碳含量增大了0.05%,氧含量减少了0.13%,在H2中脱脂更利于后续烧结过程中金刚石制品的有效烧结。     

变黏度液体静压轴承的温升特性研究

采用广泛使用的有限元法难以探究温升的影响对液体静压轴承动态特性的影响,为此,提出了一种基于有限差分法的变黏度液体静压轴承动态润滑仿真算法,对变黏度液体静压轴承的温升特性进行了研究。首先,改进了油腔的热力学边界条件,以拓宽其适用范围,使其适用于油腔尺寸较大的液体静压轴承;然后,基于有限差分法处理了Reynolds方程、流量连续方程、能量方程以及黏温方程,从而建立了基于MATLAB的液体静压轴承变黏度热流动态润滑模型;最后,采用仿真计算的方法,分析了偏心率ε为0.1～0.4、主轴转速n为3 000 r/min～10 000 r/min(线速度为14.1 m/s～47.1 m/s)时,油膜压力与温升的变化机理。研究结果表明：当主轴转速从3 000 r/min增大到10 000 r/min时,转速的增大会使得液体静压轴承的承载力因动压效应的增大而增大,但其油膜的平均压力却因温度的升高、油膜黏度的降低而下降了约24%;主轴偏心率的增大会导致油膜温度聚集,而主轴转速的增大则导致油膜温升增大,故当偏心率ε=0.4而转速n=10 000 r/min时,油膜的温升较大,且热量发生聚集,其最高温升可达39...     

主动磁悬浮电主轴系统建模与控制参数分析

为实现磁悬浮电主轴的稳定悬浮运行并满足加工精度要求,通过对某型号主动磁悬浮电主轴的结构和控制原理进行研究,在忽略主轴转子磁化和磁漏等非线性因素影响的前提条件下,通过对主轴转子在磁悬浮轴承中的受力分析,建立了磁悬浮轴承的电磁支承力与轴承气隙偏移量及控制电流的表达式,对基于不完全微分PID控制的磁悬浮电主轴系统的临界转速与磁悬浮轴承的电磁刚度进行了定量研究,得到不同PID控制参数下,磁悬浮轴承支承刚度随涡动频率的变化曲线及固有频率随PID控制参数的变化曲线图。研究结果为磁悬浮电主轴控制系统进一步设计使用和分析优化提供了依据。     

磁悬浮铣削电主轴转子-刀具变质量不平衡系统动态特性研究

针对磁悬浮铣削电主轴在切削过程中因切屑进入刀具容屑槽中而导致“刀具-主轴”系统质量变化,进而引起系统回转精度不稳定的问题,以变质量质点理论为依据建立“切屑-刀具-主轴”系统的变质量动力学模型。分析系统的不平衡质量变化时所引起的系统振动,进而导致磁悬浮轴承定/转子间气隙磁场不均所产生不平衡磁拉力,并利用等效磁路法建立不平衡磁拉力模型。利用Riccati传递矩阵法求解磁悬浮铣削电主轴转子-刀具系统的稳态动力学模型,得到系统的模态参数和初始偏心质量影响下的不平衡响应。考虑铣削力、变质量力、切屑质量不平衡离心力和不平衡磁拉力等因素,采用Newmark-β算法求解磁悬浮铣削电主轴转子-刀具变质量系统的瞬态动力学模型。对系统从起动到切削过程的动态响应进行仿真分析,结果表明,质量不平衡是影响磁悬浮铣削电主轴转子-刀具系统稳态响应的主要因素;在切削过程中,变质量力是影响系统瞬态响应的主要因素;不平衡磁拉力对系统响应的影响与系统的稳定性成负相关与系统的振幅成正相关。