超高转速电主轴轴承内部摩擦力矩分析

考虑油膜内部的剪切效应和滚动体打滑现象,对超高转速电主轴轴承内部的摩擦力矩进行研究,基于热弹性流体动力润滑理论,建立超高转速电主轴轴承内部摩擦力矩分析计算的理论模型,并对超高转速条件下主轴轴承内部摩擦力矩的性能进行系统分析。结果表明,转速和轴向预载荷是影响轴承内部摩擦力矩的主要因素,环境温度和润滑油的特性对摩擦力矩也有一定影响;在超高转速条件下,采用较小的内圈沟道曲率半径系数、设计15°的接触角和施加较小的轴向预载荷,并选用黏度较小的润滑油等,有利于减小电主轴轴承内部的摩擦力矩和发热现象,以延长使用寿命。

基于改进的传递矩阵法识别电主轴系统滑动轴承油膜特性系数

针对高速电主轴系统在重载下滑动轴承油腔复杂的情况,以及油膜特性系数不便于直接获取的难题,提出了基于改进的传递矩阵法识别滑动轴承油膜特性系数的参数识别方法。该方法将参数识别问题转化为最优化问题,通过最小化电主轴系统不平衡响应的实验值和计算值的偏差来识别滑动轴承油膜特性系数。针对建立电主轴系统动力学模型时要考虑电机转子的自重和电磁转矩的问题,提出改进Riccati传递矩阵法,建立滑动轴承油膜特性系数和转子不平衡量参数识别中的流固耦合动力学模型,引入电机的自重和电磁转矩,扩大状态向量维数为十维,获得计算电主轴系统的不平衡响应的位移传递矩阵模型。并采用隔代映射遗传算法来寻优。最后通过数值算例对这一方法的效率和精度进行了验证。

采用粘度可控高水基液润滑的高速动静压陶瓷滑动轴承主轴设计

高速主轴作为高速高精密加工机床的关键技术,直接决定着机床的各项工作性能。文中提出一种对粘度-轴承间隙寻优,从而实现主轴高性能的高速高精密主轴设计方法,并设计出新型绿色、粘度可控的高水基液作为润滑剂,随后通过采用动静压陶瓷滑动轴承的高速主轴热弹流数值计算,确定了润滑剂粘度及主轴系统相关结构参数,最终完成了该高速主轴的结构设计。

高速球轴承微接触弹流摩擦及生热分析

针对高速工况下整体法对于电主轴中高速球轴承中球-滚道间差动滑动摩擦生热量计算不准确、传统的局部法需要依赖大量成本较高的拖动力实验才能计算差动滑动摩擦生热的问题,提出了一种根据弹流润滑及微接触理论计算高速球轴承差动滑动生热量的模型。该模型根据弹流润滑微接触理论计算球-滚道接触区域中的摩擦切应力,在此基础上计算了球轴承内部的差动滑动摩擦生热及总生热量。通过对比验证发现,对于额定转速为14 000r/min的7008AC球轴承,当转速在5 000-20 000r/min工况范围内时,使用该模型的计算结果与基于拖动力实验的生热计算结果之间误差小于5%,当转速在20 000-40 000r/min工况范围内时小于23%,证明提出的方法能够在获得接触区域参数的条件下,不依赖于拖动力实验得到较为准确的生热量计算结果,增加了局部法生热计算的实用性。通过分析沟渠率半径等参数对球轴承生热的影响,指出应在考虑其他影响与设计要求的情况下,尽可能选用较大的内圈沟曲率半径系数及较小的外圈沟曲率半径系数。

内置式永磁同步电主轴模糊滑模联合矢量控制

针对内置式永磁同步电主轴驱动控制系统的特点,提出了最大转矩电流比控制策略以处理定子电流。最大转矩电流比控制策略的核心是采用牛顿迭代法对定子电流进行有效解耦,再利用闭环控制稳定跟踪实际数据,不断对定子电流进行改善,并建立模糊滑模联合控制模块,在提高系统的响应速度的同时优化系统的鲁棒性,抑制了系统的转矩波动,改善了系统输出性能。分析了滑模控制(Sliding mode control,SMC)与模糊控制的优缺点,提出模糊滑模联合控制。联合控制使系统升速的时间缩短了0.24 s,最大超调量减小为1.3 r/min,减小了系统升速时的波动,同时使得系统稳定运行期间的转矩波动低于1 r/min。试验结果表明联合控制不但具有滑模控制的快速响应能力以及较小超调量的优点,同时具有模糊控制在系统稳定运行期间有效抑制转矩波动的优点。