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足球比分万能外圆磨床结构改进设计--高速磨头无

发布时间:2019-10-29 22:09

  毕业设计说明书论文课件之家的资料精心整理好资料-本资料来自无锡太湖学院毕业设计(论文) 题目: 万能外圆磨床结构改进设计 --高速磨头无轴电机设计 学生姓名:指导教师: (职称:副教授) (职称: 毕业设计说明书论文课件之家的资料精心整理好资料-本资料来自 无锡太湖学院本科毕业设计(论文) 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果,其内容除了在毕业设计(论文)中 特别加以标注引用,足球比分表示致谢的内容外,本毕业设计(论文)不包含任 何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 0923029作者姓名: 2013 毕业设计说明书论文课件之家的资料精心整理好资料-本资料来自renrendoc.com 本文首先介绍了万能外圆磨床的结构及功用,并对高速加工进行了概述,进而对无轴承电机的研究现状进行分析,并阐述了对无轴承电机研究的意义;然后从无轴承电机的总 体结构入手,对无轴承电机的机械结构及零部件进行了设计;与此同时又分析了无轴承电 机中永磁偏置径向轴向磁轴承的工作原理,建立数学模型,以具体的参数要求为例,对其 结构参数进行计算。最后总结全文内容,突出毕业设计工作的重点,对未来的工作进行展 关键词:万能外圆磨床;高速加工;无轴承电机;磁轴承;数学建模毕业设计说明书论文 课件之家的资料精心整理好资料-本资料来自renrendoc.com Abstract paperintroduced grindingmachine high-speedmachining, non-bearingmotor current situation analysis, non-bearingmotor; neverstart overallstructure motorbearings non-bearingmotor mechanical structure componentshave been designed; sametime non-bearingmotor axialpermanent magnet biased radial magnetic bearing works, mathematicalmodel specificparameters required, example,its structural parameters calculated. Last concluded full text, high-lighten graduatedesign work futurework prospects. Key words: grinding machine;High-speed machining;Bearingless Motor Self-bearingMotor;Magnetic Bearing;Mathematical Modeling 毕业设计说明书论文 课件之家的资料精心整理好资料-本资料来自renrendoc.com 错误!未定义书签。IIIAbstract 错误!未定义书签。11.1 设计的总体要求 错误!未定义书签。11.2 M1432A 型万能外圆磨床总体描述 错误!未定义书签。21.2.1 机床的结构 1.2.2机床的总体布局 错误!未定义书签。21.2.3 机床的主要技术性能 错误!未定义书签。31.2.4 机床的机械传动系统 错误!未定义书签。31.3 基于高速加工技术的无轴承电机研究意义与现状 错误!未定义书签。41.3.1 基于高速加工技术的无轴承电机研究意义 错误!未定义书签。41.3.2 基于高速加工技术的无轴承电机研究现状 错误!未定义书签。61.4 无轴承电机的特点及应用............................................................ 错误!未定义书签。7 1.4.1 无轴承电机的特点 错误!未定义书签。71.4.2 无轴承电机的应用 错误!未定义书签。71.5 无轴承电机的发展前景 错误!未定义书签。92.1 高速加工的定义 错误!未定义书签。92.1.1 高速加工中心的类型 错误!未定义书签。92.1.2 高速加工的特点 错误!未定义书签。92.2 高速加工的关键技术 错误!未定义书签。102.2.1 刀具技术 错误!未定义书签。102.2.2 机床技术 错误!未定义书签。112.2.3 CAM软件 错误!未定义书签。133.1 引言 错误!未定义书签。133.2 主轴单元轴承的组成 错误!未定义书签。153.2.1 机械系统 错误!未定义书签。153.2.2 磁轴承的偏磁回路 错误!未定义书签。153.2.3 控制回路系统 错误!未定义书签。153.3 永磁偏置轴承的结构及工作原理 错误!未定义书签。163.3.1 永磁偏置轴承的基本结构 错误!未定义书签。173.3.2 永磁偏置轴承的工作原理 错误!未定义书签。183.4 永磁偏置轴承的设计 错误!未定义书签。193.4.1 磁路计算的基本定律和公式罗列 错误!未定义书签。20毕业设计说明书论文 课件之家的资料精心整理好资料-本资料来自renrendoc.com 3.4.2 永磁偏置轴承的等效磁路分析............................................错误!未定义书签。20 3.4.3 径向—轴向磁轴承的吸力方程............................................错误!未定义书签。22 3.4.4 径向—轴向磁轴承的承载能力............................................错误!未定义书签。23 3.4.5 径向—轴向混合磁轴承参数设计 ........................................错误!未定义书签。24 3.5 悬磁轴承的参数设计与校核 ......................................................错误!未定义书签。27 3.5.1 选取永磁材料 ......................................................................错误!未定义书签。27 3.5.2 确定工作气隙磁感应强度 ...................................................错误!未定义书签。27 3.5.3 磁极面积的计算 ...................................................................错误!未定义书签。27 3.5.4 求定子内径 ..........................................................................错误!未定义书签。28 3.5.5 求磁极弧长及叠片厚度 .......................................................错误!未定义书签。28 3.5.6 安匝数的计算 ......................................................................错误!未定义书签。28 3.5.7 匝数与电流的分配 ...............................................................错误!未定义书签。28 3.5.8 ......................................................................................错误!未定义书签。283.5.9 窗口面积的求取 ...................................................................错误!未定义书签。28 3.5.10 永久磁铁参数计算 .............................................................错误!未定义书签。29 无轴承电机结构的设计.....................................................................错误!未定义书签。304.1 设计的总体概况 .........................................................................错误!未定义书签。30 4.2 无轴承电机的结构设计 ..............................................................错误!未定义书签。30 4.2.1 转子结构设计 ......................................................................错误!未定义书签。30 4.2.2 转子上零件的布置 ...............................................................错误!未定义书签。31 4.3 无轴承电机的总体结构设计 ......................................................错误!未定义书签。31 4.4 悬浮轴承的结构选择与设计 ......................................................错误!未定义书签。32 4.4.1 磁悬浮轴承总体结构设计 ...................................................错误!未定义书签。32 4.4.2 永磁偏置径向轴向磁轴承的总体结构设计 ........................错误!未定义书签。33 4.5 无轴承电机结构件的结构设计 ..................................................错误!未定义书签。33 4.5.1 定子与转子的设计 ...............................................................错误!未定义书签。33 4.5.2 传感器部件的设计 ...............................................................错误!未定义书签。34 4.5.3 机壳的设计 ..........................................................................错误!未定义书签。35 4.5.4 工作轴的设计 ......................................................................错误!未定义书签。36 4.5.5 轴承端盖的设计 ...................................................................错误!未定义书签。36 结论与展望......................................................................................错误!未定义书签。38 致谢 .......................................................................................................错误!未定义书签。39 参考文献 ...............................................................................................错误!未定义书签。40 毕业设计说明书论文 课件之家的资料精心整理好资料-本资料来自renrendoc.com 绪论1.1 设计的总体要求 现代机械加工越来越需要提高效率,通常采用高速加工,主要是采用高速主轴,因而 高速加工中无轴承电机的结构设计就显得很重要,本文正是基于万能外圆磨床适应于高速 加工要求对高速主轴的无轴承电机结构设计,探寻磁悬浮在普通机床高速主轴中的应用, 因其独具的悬浮机理和结构特点使之在生物工程、航空航天、高新能源、半导体制造业、 食品加工以及医药卫生等领域也得到成功的应用。随着我国经济进一步发展,在很多特殊 电气传动领域必将改变传统的传动和传输方式,对提高产品质量、降低成本、减少污染将 会起到重要作用。因此,无轴承电机在我国具有很大的潜在应用市场,积极开展无轴承电 机的研究和在普通机床上的应用具有现实和深远意义。 外圆磨床分为普通外圆磨床和万能外圆磨床。在普通外圆磨床上可磨削外圆柱面和外 圆锥面,在万能外圆磨床上还能磨削内圆柱面和内圆锥面和端面。外圆磨床的主要参数为 最大的磨削直径。 外圆磨床以两顶心为中心,以砂轮为刀具,将圆柱形钢件研磨出精密同心度的磨床(又 叫顶心磨床或圆通磨床)。 外圆磨床的主机有床身、车头车尾、磨头、传动吸尘装置等部件构成。车头、磨头可 调角度,用于修磨顶针及皮辊倒角专用夹具。 本设计就是以M1432A 型万能外圆磨床为例对原来的普通主轴进行优化设计,采用无轴承 电机进行砂轮主轴的驱动。 无轴承电机是典型的机电一体化产品,由于它具有上述诸多优良性能及其在众多工业 领域内的应用前景,使得无轴承电机技术越来越受到国内外专家、学者的关注与重视。而 我国对这一技术的研究尚不成熟,针对这种情况,我们在毕业设计中选择了这一课题。鉴 于无轴承电机不但具有磁悬浮轴承的优点,而且比其他同功率的电机及支撑装置,体积小、 重量轻、能耗小,对于提高高速及超高速运转机械的工作性能具有重要意义,本文就是基 于这些问题提出的。对于一个典型的无轴承电机来说,它主要由机械、检测、控制三大主 要部分组成,而控制系统是整个系统的关键,而合理的机械结构设计又是保证承载能力要 求和运行稳定可靠的前提,所以,本设计主要对机械系统和控制系统进行分析和设计。 文中以无轴承电机的永磁偏置径向轴向磁轴承本体结构的设计(机械部分)及控制系 统为主要研究对象,设计出合理的结构参数和控制系统,并对系统的稳定性进行简要的分 第一章介绍了基于高速加工技术的无轴承电机的研究意义及现状。此外还介绍了本设计的提出及主要内容的安排。第二章简单介绍了一下高速加工技术的发展现状及关键技 术。第三章从基于高速加工技术的无轴承电机的总体结构入手,对无轴承电机的机械结构 及零部件进行了设计。第四章分析了无轴承电机中永磁偏置径向轴向磁轴承的工作原理, 建立了数学模型,并以具体的参数要求为例,对其结构参数进行计算。最后总结全文内容, 突出研究工作的重点,并对未来的工作进行展望。 毕业设计说明书论文 课件之家的资料精心整理好资料-本资料来自renrendoc.com 1.2 M1432A型万能外圆磨床总体描述 1.2.1 机床的结构 M1432A 型万能外圆磨床是普通精度等级万能外圆磨床,主要用于磨削圆柱形和圆锥 形的外圆和内孔,还可以磨削阶梯轴的轴肩和端平面。 机床应达到的加工精度和表面粗糙度如表 1-1 M1432A 型万能外圆磨床(最大磨削长度 1000mm)的加工质量所示。 表1-1 M1432A 型万能外圆磨床(最大磨削长度1000mm)的加工质量 加工方法、工件及其装夹方式 表面粗糙度 圆度公差 圆柱度公差 工件支承在前、后尖上,不用心架;工件尺寸:直径60 mm 长度500mm。 Ra0.16~0.3 工件装夹在夹盘上,不用中心架;工件尺寸:直径50 mm,悬伸长度150 mm。 Ra0.16~0.32μm 工件装夹在夹盘上,不用中心架;工件尺寸:孔径62.5 mm,长度125 mm。 Ra0.32~0.63μm 这种机床适用于工具车间、机修车间和单件、小批生产车间。由于机床自动化程度较 低,磨削效率不够高,所以,它不宜用于大批量生产车间。 1.2.2 机床的总体布局 M1432A 型万能外圆磨床由下列各主要部分组成,见图1.1。 1、床身 1:是磨床的基础支承件,它支承着工作台、头架、尾架、垫板及横向滑鞍、 砂轮架等部件,使它们在工作时保持准确的相对位置。床身内腔用作液压油的油池。 2、头架2:用以装夹工件,并带动工件旋转。 3、尾架5:尾架顶尖和头架顶尖一起,用以支承工件。 图1.1 M1432 型万能外圆磨床外形图 毕业设计说明书论文 课件之家的资料精心整理好资料-本资料来自renrendoc.com 4、工作台 8:它由上工作台和下工作台两部分组成。上工作台可绕下工作台的心轴在 水平面内调整至某一角度位置,用以磨削锥度较小的长圆锥面。工作台面上装有头架和尾 架,它们同工作台一起沿床身导轨作纵向往复运动。 5、砂轮架 4:用以支承并传动高速旋转的砂轮主轴。砂轮架装在滑鞍 上,当需要磨削短圆锥面时,砂轮架可以调整至一定的角度位置。 6、内圆磨具3:用以支承磨内孔的砂轮主轴。内圆磨具主轴由专门的电动机驱动。 及横向进给机构:转动横进给手轮7,可以使横进给机构带动滑鞍 及砂轮架沿床身垫板的导轨作横向移动。也可以利用液压装置,使滑鞍6 作周期的自动切入进给。 此外,在床身内还有液压传动装置。 1.2.3 机床的主要技术性能 外圆磨床的主要参数为磨削工件的最大直径,本机床的主参数为320 mm。 外圆磨削直径 8~320 mm 外圆最大磨削长度 1000 mm;1500 mm ;2000 mm 内孔磨削直径 30~100 mm 内孔最大磨削长度 125 mm 磨削工件最大重量 150kg 砂轮尺寸 外圆砂轮转速1670r/min 头架主轴转速6 25,50,80,112,160,224r/min 内圆砂轮转速 10000 r/min;15000 r/min 砂轮架电动机功率 kW内圆磨电动机功率 1.1 kW 电动机总功率 6.72 kW 工作台纵向移动速度(液压无级调速)0.05~4m/min 机床外形尺寸(三种规格) 3200,4500,5800 kg 1.2.4 机床的机械传动系统 M1432A 型机床,除工作台的纵向往复运动、砂轮架的快速进退及尾架顶尖套筒的缩 回为液压传动外,其于运动都是机械传动的。机械传动系统如图 1.2 M1432A 床传动系统图所示。头架(带动工件)的传动 此传动链用于实现工件的圆周进给。运动由双速电动机驱动,经三级皮带传动,使头 架的拨盘拨动工件,实现圆周进给。这时,主轴本身是不旋转的。 外圆砂轮的传动 砂轮主轴的运动是砂轮架电动机(1440 r/min,4kw)经4 根三角带直接传动的,使主 轴获得1670 r/min 的转速。 内圆磨具的传动 内圆磨具主轴由电动机(2840 r/min,1.1kw)经平皮带直接传动。更换平皮带轮,主 毕业设计说明书论文 课件之家的资料精心整理好资料-本资料来自renrendoc.com 轴可获得2 种转速。 内圆磨具装在内圆磨具支架上。为了保证工作安全,内圆磨具电动机的启动与内圆磨 具支架的位置有联锁的作用,只有当支架翻到磨削内圆的工作位置时,电动机才能启动。 此外,当支架翻到磨内圆位置时,砂轮架快速进退手柄就在原位置上自动联锁住,这时, 砂轮架不能快速移动。 1.3 基于高速加工技术的无轴承电机研究意义与现状 目前金属切削加工仍是当今主要的机械加工方法,在机械制造业中有着重要的地位, 但如何提高其效率、精度、质量成为传统机械加工面临的问题。足球比分,20 世纪 90 年代,以高切 削速度、高进给速度和高加工精度为主要特征的高速加工(High Speed Machining,HSM) 已经成为现代数控加工技术的重要发展方向之一,也是目前制造业一项快速发展的高新技 术。本文即是从提高金属切削机床主轴转速的角度探讨一下无轴承电机的结构设计,希望 能起到抛砖引玉的作用。 1.3.1 基于高速加工技术的无轴承电机研究意义 无轴承电机就是从磁路上将电机和磁悬浮轴承合为一体,利用电机的铁心同时作为磁 悬浮轴承的铁心,也称磁悬浮电机。比起传统电机加磁悬浮轴承的结构,它体积小,而且 由于电机的磁场被用作产生悬浮力的基础,磁悬浮电机还可以减少磁浮力所需要的电能, 从而提高系统的效率。 一些精密数控机床、涡轮分子泵、小型发电机或高速飞轮储能等装备中需要用大功率 的高速超高速电动机(以下简称为电机)来驱动。我们知道,电机高速运转对机械轴承振 动冲击大,机械轴承磨损快,大幅度缩短了轴承和电机使用寿命,为此用机械轴承来支承 图1.2 M1432A 型万能外圆磨床传动系统图 毕业设计说明书论文 课件之家的资料精心整理好资料-本资料来自renrendoc.com 高速电机严重制约着电机向更高速度和更大功率方向发展。近20 多年来发展起来的磁轴 MagneticBearing ,是利用磁场力将转子悬浮于空间,实现转子和定子之间没有机械接触的一种新型高性能轴承。图 1.3 是由磁轴承支承的高速电机结构示意图。磁轴承支 承的电机虽然具有突出的优点,但在不同的应用领域依然存在如下问题:(1)电机的转速 和输出功率难以进一步提高;(2)磁轴承需要高性能的控制器、功率放大器和多个造价较 高的精密位移传感器等,使磁轴承结构较为复杂、体积较大和成本较高,大大制约了由磁 轴承支承的高速电机的使用范围和广泛应用。 图1.3 磁轴承支撑的电机结构图 所谓无轴承电机(Bearingless Motor Self-bearingMotor),并不是说不需要轴承来支 承,而是不需单独设计或使用专门的机械轴承、气浮或液浮轴承。由于磁轴承结构与交流 电机定子结构的相似性,把磁轴承中产生径向悬浮力的绕组叠加到电机的定子绕组上,构 成无轴承电机(二自由度见图 1.4 ,悬浮力绕组产生的磁场和电机定子绕组(或永磁体)产生的磁场合成一个整体,通过探索驱动电机转动的旋转力和径向悬 浮力耦合情况以及解耦方法,独立控制电机的旋转和转子的稳定悬浮,实现电机的无轴承 毕业设计说明书论文课件之家的资料精心整理好资料-本资料来自renrendoc.com 图1.4 无轴承电机的结构示意图 无轴承电机一方面保持磁轴承支承的电机系统寿命长、无须润滑、无机械摩擦和磨损等优 点外,还有望突破更高转速和大功率的限制,拓宽了高速电机的使用范围,与磁轴承支撑 的高速电机相比具有下列优点:(1)径向悬浮力绕组叠加到电机的定子绕组上,不占用额 外的轴向空间。一方面,电机轴向长度可以设计得较短,临界转速可以较高,电机转速仅 受材料强度的限制,这样无轴承电机大大拓宽了高速电机的应用领域,特别是在体积小、 转速高和寿命长的应用领域,如要求无粉尘、无润滑、小体积环境工作的计算机硬盘驱动 器、微型高速机床等;另一方面,在同样长度的电机转轴情况下,输出功率将比磁轴承支 承的电机有大幅度提高。(2)结构更趋简单,维修更为方便,特别是电能消耗减少。传统 的磁轴承需要静态偏置电流产生电磁力来维持转子稳定悬浮,而无轴承电机不再需要。径 向悬浮力的产生是基于电机定子绕组产生的磁场,径向悬浮力控制系统的功耗只有电机功 2%—5%,这些优点特别适用于航空航天等高科技领域。基于无轴承电机高品质的性能,广阔的应用前景,对提高机械工业制造装备的水平,特别是提高航空航天器工作性能 无疑具有现实和深远意义,其研究工作越来越受到国内外科技工作者的高度重视。 1.3.2 基于高速加工技术的无轴承电机研究现状 1、无轴承电机的发展状况 无轴承电机起源及发展在费拉里斯和特斯拉发明多相交流系统后,19 世纪80 年代中 期,多沃罗沃尔斯基发明了三相异步电机,异步电机无需电刷和换向器,但长期高速运行, 轴承维护保养仍是难题。 二次世界大战后,直流磁轴承技术的发展,使得电机和传动系统无接触运行成为可能, 但这种传动系统造价很高,因为铁磁性物体不可能在一个恒定磁场中稳定悬浮。主动磁轴 承的发明,解决了这个难题,但用主动磁轴承支承刚性转子要在5 个自由度上施加控制力, 磁轴承体积大、结构复杂和造价高。 20 世纪后半期,为了满足核能开发和利用,需要用超高速离心分离方法生产浓缩铀, 磁轴承能满足高速电机支撑要求,于是在欧洲开始了研究各种磁轴承计划。1975 年,赫尔 曼申请了无轴承电机专利,专利中提出了电机绕组极对数和磁轴承绕组极对数的关系为 1.用赫尔曼提出的方案,在那个年代是不可能制造出无轴承电机的。 随着磁性材料磁性能进一步提高,为永磁同步电机奠定了有力竞争地位。同时,随着 双极管的应用,以及和柏林格尔提出的无损开关电路结合,能够制造出满足无轴承电机要 求的新一代高性能超级放大器。大约在1985 年,具有快速和负载能力的功率开关器件和 数字信号处理器的出现,使得已经提出20 多年的交流电机矢量控制技术才得以实际应用, 这样解决了无轴承电机数字控制的难题。瑞士苏黎世联邦工学院的比克尔在这些科技进步 的基础上,于20 世纪80 年代后期才首次制造出无轴承电机。 无轴承电机取得实际应用,关键性突破是1998 年苏黎世联邦工学院的巴莱塔研制出 无轴承永磁同步薄片电机,电机结构简单,大大降低了控制系统费用,在很多领域具有很 大应用价值。 我国已经开始重视研究无轴承电机,1999 年国家自然科学基金资助了无轴承电机的 毕业设计说明书论文 课件之家的资料精心整理好资料-本资料来自renrendoc.com 研究工作,南京航空航天大学、江苏理工大学和沈阳工业大学得到了支持并正在开展无轴 承交流电机、无轴承片状电机等的研究。还有一些单位得到了省市有关部门基金的支持, 也正在研究和探索这项高新技术。目前国内已发表了多篇综述及理论仿真研究的文章,对 无轴承电机的研究成果还未进行公开报道。 2、无轴承电机关键技术的研究现状 就无轴承交流电机研究现状来看,目前仅停留在理论和样机实验阶段,离实用化还有 一定的距离,但就研究初期成果所体现出来的优越性足以确信其潜在的使用价值。无轴承 电机的控制系统是其核心关键技术,决定无轴承电机能否稳定可靠工作,目前制约其实用 化的重要原因是控制问题。无轴承电机控制的困难在于该系统具有复杂的非线性强耦合特 性,主要表现在(1)无轴承电机的电磁转矩和径向悬浮力之间存在藕合。如果不采取有 效地解耦措施,无轴承电机不可能稳定运行,因此电磁转矩和径向悬浮力之间解耦控制是 无轴承电机的基本要求;(2)无轴承电机的控制系统的设计必须考虑因磁饱和和温度变化 等因素所引起的电机参数的变化。设计有效而实用的电机参数变化的控制系统,这也是一 个难点。国外在这些方面研究中较具有代表性的方法,一种是针对无轴承异步电机和同步 电机提出了一个近似线性化的基于矢量变换的控制算法来实现电磁转矩和径向悬浮力之 间的解耦控制,但这种算法构造比较复杂,需要对多个磁链矢量进行控制,实现比较困难。

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