本文關(guān)鍵詞： 臨界轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩脈動 模態(tài)分析 BK測試系統(tǒng)　出處：《沈陽工業(yè)大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：本文通過有限元法以及實驗對永磁同步電主軸的機電耦聯(lián)動力特性進行了研究,主要從轉(zhuǎn)子總成的臨界轉(zhuǎn)速計算、轉(zhuǎn)子內(nèi)部磁場分布及轉(zhuǎn)矩脈動的計算和永磁同步電機的模態(tài)分析這三個方面進行研究。永磁同步電主軸的應(yīng)用日益廣泛,其轉(zhuǎn)速和功率也在不斷提高。對其進行轉(zhuǎn)子動態(tài)特性研究是非常重要的。本文在對永磁同步電主軸轉(zhuǎn)子動態(tài)特性的研究過程中,建立了轉(zhuǎn)子組件三維模型,得到了節(jié)點質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量。使用ANSYS有限元分析軟件建立了轉(zhuǎn)子簡化模型,考慮了陀螺效應(yīng),對轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速進行了分析計算,得到坎貝爾圖。計算結(jié)果表明:一階臨界轉(zhuǎn)速高于電主軸的額定轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)子存在偏心時,將產(chǎn)生不平衡磁拉力。該不平衡磁拉力隨偏心距的增加而增大,從而使各階臨界轉(zhuǎn)速隨之減小。借助有限元法分析了永磁同步電主軸內(nèi)部的磁場分布,計算出電主軸的轉(zhuǎn)矩脈動與徑向電磁力。在永磁體磁能積不變的條件下,設(shè)計了一種表面式永磁磁極結(jié)構(gòu)。通過優(yōu)化永磁體磁極截面形狀,達到了削弱永磁同步電主軸振動噪聲的目的。研究結(jié)果表明隨著永磁體中部厚度參數(shù)的增加與兩邊厚度參數(shù)的減少,額定轉(zhuǎn)矩逐漸上升,而轉(zhuǎn)矩脈動開始下降,隨后上升,存在最小轉(zhuǎn)矩脈動值;徑向電磁力基波幅值也逐漸上升,高次諧波幅值逐步下降,從而有效地減小振動和噪聲。對永磁同步電主軸的模態(tài)進行了有限元計算和實驗測試。通過對各部件進行等效簡化,建立了有限元仿真模型。其中對繞組的處理方式有兩種:一是建立簡化模型;二是將其質(zhì)量進行等效處理。之后對電機定子機殼結(jié)構(gòu)和整機裝配體的模態(tài)分別進行了有限元計算。借助丹麥BK振動聲學(xué)測試系統(tǒng)對電主軸進行實驗?zāi)B(tài)分析,發(fā)現(xiàn)將繞組建立等效模型后,所計算得出的結(jié)果會丟失部分低階模態(tài),而對繞組質(zhì)量進行等效處理能完整的得到各階模態(tài),驗證計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。最后通過優(yōu)化機殼截面形狀,使提高了整機的各階固有頻率,避開了共振點。
[Abstract]:In this paper, the electromechanical coupling dynamic characteristics of permanent magnet synchronous spindle are studied by finite element method and experiment, and the critical speed of rotor assembly is calculated. The calculation of magnetic field distribution and torque ripple in rotor and modal analysis of permanent magnet synchronous motor (PMSM) are studied. The application of PMSM is more and more extensive. The rotor speed and power are also increasing. It is very important to study the dynamic characteristics of the rotor. In the course of the research on the dynamic characteristics of the permanent magnet synchronous spindle rotor, a three-dimensional model of the rotor component is established. The mass and moment of inertia of the rotor are obtained. The simplified rotor model is established by using the ANSYS finite element analysis software. The critical speed of the rotor is analyzed and calculated by considering the gyro effect. The results show that the first order critical speed is higher than the rated speed of the motorized spindle. When the rotor exists eccentricity, the unbalanced magnetic pull force will be produced, and the unbalance magnetic tension force will increase with the increase of the eccentricity. With the help of finite element method, the magnetic field distribution in the permanent magnet synchronous motor spindle is analyzed, and the torque ripple and radial electromagnetic force of the motor spindle are calculated. Under the condition that the magnetic energy product of the permanent magnet is invariant, the torque ripple and the radial electromagnetic force of the motor spindle are calculated. A surface type permanent magnet pole structure is designed and the shape of the permanent magnet pole section is optimized. The research results show that with the increase of the thickness parameter of the middle part of the permanent magnet and the decrease of the thickness parameter of both sides, the rated torque increases gradually, and the torque ripple begins to decrease. Then rising, the minimum torque ripple exists; The amplitude of fundamental wave of radial electromagnetic force also increases gradually, and the amplitude of high harmonic wave decreases gradually. In order to reduce vibration and noise effectively, the modal of permanent magnet synchronous spindle is calculated and tested by finite element method. The finite element simulation model is established, in which there are two ways to deal with the winding: one is to establish a simplified model; Secondly, the quality of motor stator shell and the modal of the whole machine assembly are calculated by finite element method. The experimental modal analysis of the motorized spindle is carried out with the help of the Danish BK vibration acoustic testing system. . It is found that some low-order modes will be lost after the equivalent model is established, and all the modes can be completely obtained by equivalent treatment of winding mass. The accuracy of the calculation results is verified. Finally, by optimizing the shape of the shell section, the natural frequency of each order of the machine is increased and the common vibration point is avoided.
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH132

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本文編號：1446803