针对磁极为平行充磁且两边平行的表面式永磁同步电主轴存在转矩脉动和径向电磁力波的问题,提出一种磁极结构优化方法以抑制转矩脉动和径向电磁力波。基于等效面电流法建立磁极表面半径为任意值的永磁同步电主轴转子气隙磁场的解析模型;综合研究转子气隙磁场对定子开槽电主轴转矩脉动、径向电磁力波的影响;在最小气隙长度不变的前提下,确立优化目标(气隙磁通密度的谐波和幅值),并通过迭代计算的方式得到满足不同优化目标的永磁体磁极结构

文章主要对加工中心用永磁同步电主轴动态特性进行分析计算,进而提高电主轴在工作状态下的稳定性。以额定功率为22kW的永磁同步电主轴为例,运用加时间因子的传递矩阵方法和双重步QR求解方式结合,计算出转子的临界转速。通过与ANSYS工程软件的计算结果进行对比,加时间因子的传递矩阵方法更为节省时间。永磁同步电主轴在旋转过程当中会产生动态偏心,进而产生不平衡磁拉力。文中提出了考虑不平衡磁拉力的传递矩阵法对电主轴模型进行不平衡响应分析,并计算了转子系统对数衰减率。发现电主轴样机一阶反向涡动的对数衰减率下降趋势明显,稳定性裕度较小,易导致轴系失稳。

文章分析了在偏心情况下,偏心产生的不平衡磁拉力对转子的机械强度和疲劳寿命的影响。电主轴偏心质量与挠度共同存在情况下,考虑挠度对轴向气隙值的改变总结出了更加准确的径向电磁力密度的计算方法。通过有限元仿真,得出了径向电磁力密度变化规律,校核了转子结构强度并提出了增大转子机械强度的改进方法。通过实验得出了偏心电磁力增大会在转子轴上产生明显的应力集中、加速减小转子疲劳寿命的结论。

文中研究了压缩机转子临界转速和不平衡响应的分析计算。电机在旋转过程中产生的径向不平衡磁拉力,作用在转子上,会对其临界转速产生影响。利用有限元法提取了电机气隙径向磁密,合成不平衡磁拉力,并计算在不平衡磁拉力影响下的压缩机转子临界转速;计算转子对于某些位置上的不平衡量的敏感程度;求解轴承-转子系统频率方程并求得复频率,画出了复特征值对应的对数衰减率曲线,分析了轴系的稳定性。

对主轴箱温度分布进行了研究,通过建立有限元模型并计算热源,利用ANSYS有限元软件对主轴箱进行稳态热分析、瞬态热分析和热-结构耦合分析,并通过实验对主轴箱热态特性进行测试。实验采用在加工过程中可直接测量的主轴中心点偏移来测量X、Y方向主轴热误差,采用Buttord算法对实验数据进行滤波处理,并绘制主轴中心点轨迹偏移图。结果表明,整个主轴箱温度场分布很不均匀,温度相差较大,主轴需400 s达到稳态热平衡;前、后轴承的温度变化趋势基本一致;主轴箱径向(Y轴)变形最大,为4.6692μm。

针对目前市场上现有的筛网过滤器控制系统体积较大、价格昂贵的缺点,开发出一款低成本、集成度高并且具有手、自动冲洗和故障报警等功能的嵌入式专用控制器,该控制器与多个传感器相互配合组成控制系统。具有体积小、集成度高、智能化的特点。本文阐述了控制器的硬件电路部分设计、控制系统构成及控制逻辑等。