【摘要】： 動(dòng)力磁懸浮軸承(power magnetic bearing,P-MB)與傳統(tǒng)磁懸浮軸承存在本質(zhì)上的不同,動(dòng)力磁懸浮軸承不僅可產(chǎn)生支承轉(zhuǎn)子的徑向力懸浮,而且還可產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子所需的扭矩,因此動(dòng)力磁懸浮軸承可集電動(dòng)機(jī)和軸承兩種功能于一體。 本文以動(dòng)力磁懸浮軸承的軸向磁軸承為研究重點(diǎn),概述軸向磁軸承的工作原理和系統(tǒng)組成,推導(dǎo)出軸向磁軸承的數(shù)學(xué)模型,建立了軸向磁軸承的控制系統(tǒng)。應(yīng)用有限元法對軸向磁軸承的電磁場、渦流損耗以及采用不同材料的轉(zhuǎn)子懸浮力做了較為詳細(xì)的分析,在此分析基礎(chǔ)上采用簡化磁路法設(shè)計(jì)出軸向磁軸承結(jié)構(gòu)。 推導(dǎo)出軸向磁軸承——轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程,建立了軸向磁軸承控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù);應(yīng)用MATLAB軟件對所設(shè)計(jì)的軸向磁軸承控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果表明采用PID控制可實(shí)現(xiàn)軸向磁軸承的穩(wěn)定懸浮。 分析了數(shù)字控制系統(tǒng)的算法,建立基于DSP的軸向磁軸承數(shù)字控制系統(tǒng)。提出將模糊控制與PID控制相結(jié)合的模糊自整定PID控制算法,并將其應(yīng)用于軸向磁軸承控制系統(tǒng)中。 基于有限元求解轉(zhuǎn)子固有頻率理論,應(yīng)用ANSYS軟件對轉(zhuǎn)子模態(tài)進(jìn)行分析,得出了轉(zhuǎn)子的各階固有頻率和臨界轉(zhuǎn)速,分析了各階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)子的變形狀況,建立無阻尼轉(zhuǎn)子通過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)所需的最小驅(qū)動(dòng)力矩?cái)?shù)模表達(dá)式,對動(dòng)力磁軸承轉(zhuǎn)子跨越臨界轉(zhuǎn)速具有一定的指導(dǎo)意義。
【圖文】：

3圖2 采用普通磁懸浮軸承的主軸系統(tǒng)Fig.2 Spindle system adopt magnetic suspending bearing但這種電主軸和磁懸浮軸承相結(jié)合仍有缺陷。如圖 2 所示，可以看出磁懸浮軸承與傳統(tǒng)機(jī)械軸承的安裝位置相似，分別位于主軸兩端，但其軸向長度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于機(jī)械軸承，再加上內(nèi)置電機(jī)的長度，使主軸成為細(xì)長桿。此種結(jié)構(gòu)嚴(yán)重制約了主軸的剛性及其在切削加工中所能承擔(dān)的扭矩，并進(jìn)一步限制主軸轉(zhuǎn)速的提高。針對上述機(jī)床主軸的缺陷，本文提出一種具有電機(jī)功能的動(dòng)力磁懸浮軸承，就可以將旋轉(zhuǎn)機(jī)械的驅(qū)動(dòng)電機(jī)去掉，由動(dòng)力磁懸浮軸承支承轉(zhuǎn)子并直接驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，使結(jié)構(gòu)小型化，并真正實(shí)現(xiàn)高速、大負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。動(dòng)力磁懸浮軸承(power magnetic bearing

4圖.3 動(dòng)力磁懸浮軸承結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 3 Sketch map of structure of power magnetic bearings(3)普通磁懸浮軸承-電機(jī)僅由一個(gè)電機(jī)輸出扭矩，而利用 P-MB 組成旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)時(shí)，多半是采用成對支承驅(qū)動(dòng)。故在相同外型尺寸、相同轉(zhuǎn)速情況下，它是普通磁懸浮軸承-電機(jī)輸出的 2~3 倍，因此可以實(shí)現(xiàn)更高的輸出。(4)P-MB 可單個(gè)使用，也可成對或多個(gè)作為軸承和電機(jī)同時(shí)使用。成對使用時(shí)除具有小型、高速和大扭矩的特點(diǎn)外，其主軸所受的扭轉(zhuǎn)剪切內(nèi)應(yīng)力對稱且很小(僅存在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)引起的切向慣性應(yīng)力)，大大提高了主軸的強(qiáng)度和使用壽命；多個(gè)使用時(shí)，，可以改善主軸的支承情況，還能使輸出扭矩成倍增大。(5)動(dòng)力磁懸浮軸承在運(yùn)行過程中對支承采取變剛度措施
【學(xué)位授予單位】：大連交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TH133.3

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本文編號：2668701