HTR-10GT磁力轴承实验转子临界转速分析

临界转速的计算是转子动力学分析的一个基础课题,其计算结果的准确性至关重要。本文以磁力轴承过弯曲临界转速的实验台架为研究对象,采用Samcef Rotor动力学软件,分析了实验转子的临界转速和振型,并深入研究了临界转速与支承刚度的关系。相关结论为磁力轴承控制系统设计提供重要的数值依据。

电磁轴承高速电机转子系统的内模-PID控制

PID控制是电磁轴承(AMB)高速电机转子系统最基本的控制算法,但PID参数的整定困难。为了减小PID参数整定的难度,将内模控制(IMC)与PID控制相结合,该文设计IMC-PID控制器,将三个参数的整定问题减少到一个参数。然后,分析该参数对系统的稳定性、抗干扰能力、最大振幅以及临界转速的影响,给出了其选取的原则。最后,分别在单自由度磁悬浮系统和四自由度AMB高速电机转子系统上对IMC-PID控制器进行了仿真,并在AMB高速电机平台上进行试验。仿真和试验结果均表明,IMC-PID控制方法具有良好的控制性能和较强的鲁棒性。

高速电主轴多场耦合动力学特性研究

建立了一种新型的高速电主轴多场耦合动力学模型,讨论了轴承模型、热态模型、芯轴动力学模型和电机电磁模型之间的耦合关系,提出热膨胀、轴承内圈离心膨胀、轴承内外圈接触膨胀、电磁不平衡拉力载荷和离心力载荷5种耦合因素,并且设计出多场耦合动力学模型的计算流程,分析耦合因素对高速电主轴系统运行状态的影响。以2ZDG60型高速电主轴为研究对象,计算结果表明,考虑耦合因素与不考虑耦合因素相比较,轴承动态支承刚度、轴承损耗功率以及芯轴动力学行为差别较大,实验结果表明:考虑耦合因素时的高速电主轴温升分布和芯轴固有特性与实验结果的吻合度较高。

一类高速电主轴的动力学建模及振动响应分析

为了减小电主轴在高转速下的振动,基于有限元梁理论建立电主轴动力学模型,同时分别利用Hertz接触理论与Maxwell应力张量法给出球轴承非光滑接触力与不平衡磁拉力.通过计算不同转速、轴承游隙和初始偏心距下电主轴振动响应的分岔图,分析电主轴受球轴承接触力与不平衡磁拉力作用而产生的动力学现象.结果表明,在轴承接触力与不平衡磁拉力作用下,电主轴振动响应将出现倍周期分岔、拟周期分岔和倒分岔等现象,导致电主轴产生复杂的周期、拟周期与混沌振动之间的转迁.通过合理调整转速、轴承游隙和转子初始偏心距等参数,可以避免电主轴的剧烈振动.

高速磁悬浮电机电磁轴承变偏置电流控制

针对高速磁悬浮电机电磁轴承采用固定偏置电流导致功耗较大问题,在控制电流采用PID控制基础上,介绍了一种变偏置电流减小电磁轴承功耗的控制方法。推导出电磁轴承功耗与偏置电流关系,结合约束条件,得到最低功耗时偏置电流关于转子位移偏差的函数表达式。为了提高系统快速响应能力,在实际应用中对偏置电流函数表达式进行近似线性化处理。仿真和实验结果表明:该方法既能保证磁悬浮轴承系统稳定起浮,同时静态悬浮和降速过程中降低轴承线圈铜耗达94%,电机转频达700 Hz时降低轴承铁耗约为74%,降低功耗效果明显。

强非线性条件下的磁轴承高速电动机

为解决磁轴承高速电动机转子中,永磁电动机磁偏拉力与转子残余不平衡导致的磁轴承电磁力非线性问题,实现转子高速稳定运行,采用全局线性化方法对电磁力进行线性化:同时,改进控制器的设计,使用增益调度方法实现转子平稳通过刚性临界转速,并通过有效降低控制器在转子工作频率附近的增益,使转子在高速下能近似围绕质量中心转动,避免电磁力的饱和。最终实现了强非线性条件下磁轴承电动机的高速稳定运行。

超高速数控精密磨床磁浮轴承主轴单元设计

介绍了磁浮轴承的优点,并提出了磁浮轴承作为磨床主轴轴承的设计方法.同时,首次提出了超高速数控外圆磨床磁浮轴承主轴单元设计方法和设计过程.并针对一台250 m/s超高速外圆磨床磁浮轴承主轴单元进行了设计.经过实验证明,提出的设计方法是正确的.并指出,应用该技术的超高速磨床,虽然初期投资成本高,但其优越的使用性能使其综合效益高.该结果对我国发展高速主轴技术有一定的意义.

新型高速磨床主轴用磁悬浮轴承的设计

机床中的支承系统是限制主轴转速的首要因素,磁悬浮电磁轴承是实现高速主轴系统的主要支承之一,电磁轴承结构的设计非常复杂,且目前尚没有统一的设计方法。文章在结合电磁铁,电机定、转子的设计方法,并考虑电磁轴承的一些特殊要求的前提下,提出了一种磁悬浮电磁轴承的设计方法与步骤,并进行了样机设计。

250m/s超高速磨床主轴磁浮轴承设计

本文介绍了磁浮轴承的优点,并针对一台２５０ｍ/ｓ超高速磨床主轴系统,首次进行了磁浮轴承设计。其结果对我国发展高速主轴技术有一定意义。

超高速数控精密磨床磁浮轴承主轴单元设计

本文介绍了磁浮轴承的优点,并提出了磁浮轴承作为磨床主轴轴承的设计方法。同时,首次提出了超高速数控精密外圆磨床磁浮轴承主轴单元设计方法和设计过程。并针对一台300m/s超高速数控精密外圆磨床磁浮轴承主轴单元进行了设计。经过实验证明,提出的设计方法是正确的。同时,应用了该技术的超高速数控精密磨床,虽然初期投资成本高,但其优越的使用性能使其综合效益高。

高速铣床主轴系统和床身特性的分析与研究

本文介绍了高速铣床主轴系统的种类、结构和特性 ,并对它们进行分析。介绍高速铣床聚合物混凝土床身的用料配比 ,动态特性 ,对传统铸铁床身和聚合物混凝土床身进行对比分析。

磁悬浮高速电机转子非线性低频振动机理研究

本文针对磁悬浮电机高速旋转时转子出现低频振动的现象开展研究。文中建立了磁悬浮控制系统各环节的非线性模型,分析了电磁力、开关功率放大器、电流输出限幅等非线性因素导致低频振动的机理,并在此基础上,基于描述函数及扩展奈奎斯特判据方法分析了含有非线性环节的磁悬浮系统稳定性。文中建立了基于Matlab的仿真模型,并研制了100 kW磁悬浮高速永磁电机样机,通过仿真与试验对提出的结论进行了验证,结果表明当磁悬浮电机高速旋转时,除同频振动外,转子确实产生了与转速无关的低频振动,该低频振动与系统中的非线性因素有关,其中电流饱和与限幅是导致该低频振动的主要原因,所得结论能够为磁悬浮技术在高速电机中的应用提供理论依据。

高速磁悬浮机床主轴的离散变结构控制

研究了高速磁悬浮机床主轴的变结构控制 ,建立了考虑切削过程的主轴 磁轴承系统动力学模型 ,并以磁轴承为控制对象 ,设计了离散变结构控制器来抑制主轴振动 .仿真结果表明 ,变结构控制律对于阶跃、冲击及切削等扰动具有很强的抑制能力 。

磁力轴承主轴的特性与分析

文章介绍了用于高速切削加工的磁力轴承主轴的结构、刚度曲线及其耐磨损、低功耗、高精度、高速度等主要特性 ,并通过与传统的各类轴承主轴的比较 ,揭示出磁力轴承主轴的优良特性及其广阔的使用前景。

高速铣床主轴系统的特性与分析

高速铣削加工在高速切削加工中扮演着最重要的角色 ,而高速铣床所选用的主轴系统特性的优劣 ,又直接影响着高速铣削加工的质量。介绍了高速电主轴、高速磁力轴承主轴这两种高速铣床主轴的结构和特性 。

高速气磁轴承主轴系统结构设计及静态特性分析

利用主动磁轴承可提高气磁轴承的回转精度,实现高速运转的原理,笔者设计了一种高速气磁轴承主轴系统机构,并对主轴气磁轴承系统进行了数学建模,以及气磁轴承的控制方案设计,分析了气磁轴承的静态特性。该研究为改进气磁轴承的结构和提高其性能提供了理论依据。

超高速数控磨床磁浮轴承主轴单元设计

介绍了磁浮轴承的工作原理和特点,并针对250m/s超高速磨床主轴系统,首次进行了磁浮轴承主轴单元设计,探讨了径向轴承的性能结构参数、主轴系统的刚度与阻尼特性及陀螺效应等设计。

高速磁轴承主轴的特性与分析

介绍了用于高速切削加工的磁轴承主轴的结构、刚度曲线及其耐磨损、低功耗、高精度、高速度等主要特性,并通过与传统的各类轴承主轴的比较,揭示出磁轴承主轴的优良特性及其广阔的使用前景。

电磁轴承高速电机转子多频振动的电流补偿控制

在主动电磁轴承（activemagneticbearing，AMB）支承的高速电机系统中，转子的不平衡、电磁激励力及传感器的干扰等因素都会导致转子系统出现多频振动，严重地影响着电机的运行精度。为了抑制AMB-高速电机转子系统中的多频振动，该文提出一种通过电流补偿来对转子系统的多频振动进行控制的方法。首先建立四自由度AMB-高速电机刚性转子系统的动力学模型，分析多频电流形式，定义多频电流系数。然后，提出一种通过电流补偿来抑制AMB-转子多频振动的方法。接着，采用变步长三角形迭代搜索算法以加速多频电流系数的识别。最后，在某AMB-高速电机平台上进行仿真和试验研究。结果表明，提出的多频振动电流补偿算法可实现对多频电流系数的准确识别，能够对AMB-转子系统的多频振动进行有效地控制。

挠性转子磁力轴承系统LQ最优控制研究

在高温气冷堆氦气透平发电系统(HTR-10GT)的相似性模拟实验装置AMB-PII上,开展针对磁力轴承支承下挠性转子系统的优化控制研究。采用离散质量的集总参数法建立了相应转子动力学模型,通过适当模态截断简化获得了转子系统的状态方程。研究了LQ最优控制方法,分析了权重参数的选择对控制器的影响。仿真实验表明,输出反馈LQ结合相位补偿的控制器,具有物理意义清晰、系统结构简单和参数易于调节等优点。在AMB-PII实验台架上不仅实现了转子的稳定悬浮,而且能够有效地抑制转子的高阶挠性模态振动,使转子顺利通过了二阶挠性临界转速,最高达到450 Hz。该方法的研究为今后高温气冷堆氦气透平工程的磁力轴承实际应用提供了良好的设计参考。