萬能外圓磨床結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)--高速磨頭無軸電機(jī)設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 編號 無錫太湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目： 萬能外圓磨床結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì) 信機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專業(yè) 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （職稱：副教授） （職稱： ） 2013年 5月 25日買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 無錫 太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 萬 能 外 圓 磨 床 結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 學(xué) 號： 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 I 無錫太湖學(xué)院 信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動化 專業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書 一、 題目及專題 1、 題目 萬能外圓磨床結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè) 2、 專題 二、 課題來源及選題依據(jù) 課題來源為無錫某機(jī)械有限公司實(shí)際產(chǎn)品 。 現(xiàn)代機(jī)械加工越來越需要提高效率，通常采用高速加工，主要是采用高速主軸 ，因而高速加工中無軸承電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就顯得很重要，本文正是基于萬能外圓磨床適應(yīng)于高速加工要求對高速主軸的無軸承電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，探尋磁懸浮在普通機(jī)床高速主軸中的應(yīng)用。無軸承電機(jī)是具有磁懸浮軸承優(yōu)點(diǎn)的一種新型特種電機(jī)，它不僅拓展了高速電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，如微型化、大功率等，而且其獨(dú)具的懸浮機(jī)理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使之在生物工程、航空航天、高新能源、半導(dǎo)體制造業(yè)、食品加工以及醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域也得到成功的應(yīng)用。隨著我國經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展，在很多特殊電氣傳動領(lǐng)域必將改變傳統(tǒng)的傳動和傳輸方式，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、減少污染將會起到重要作 用。因此，無軸承電機(jī)在我國具有很大的潛在應(yīng)用市場，積極開展無軸承電機(jī)的研究和應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)和深遠(yuǎn)意義。 三、 本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求 1、 無軸承電機(jī)的研究意義及現(xiàn)狀； 2、 無軸承電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及零部件的設(shè)計(jì)； 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 、 該 部件 工作時(shí)， 能運(yùn)轉(zhuǎn)正常 ； 4、 擬定工作機(jī)構(gòu)和傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方案，并進(jìn)行多方案對比分析； 5、 磁懸浮軸承的工作原理及數(shù)學(xué)建模； 6、 設(shè)計(jì)繪制零件工作圖 若干 張； 7、 編制設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 1 份（ 2 萬字 以上 ）。 四、 接受任務(wù)學(xué)生 ： 機(jī)械 班 姓名 五、 開始及完成日期 ： 自 2012 年 11 月 7 日至 2013 年 5 月 25 日 六、 設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問） ： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教研室主任 學(xué)科組組長研究所所長 簽名 系主任 簽名 年 月 日 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 要 本文首先介紹了萬能外圓磨床的結(jié)構(gòu)及功用，并對高速加工進(jìn)行了概述，進(jìn)而對無軸承電機(jī)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并闡述了對無軸承電機(jī)研究的意義；然后從無軸承電機(jī)的總體結(jié)構(gòu)入手，對無軸承電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)；與此同時(shí)又分析了無軸承電機(jī)中永磁偏置徑向軸向磁軸承的工作原理，建立數(shù)學(xué)模型，以具體的參數(shù)要求為例，對其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。最后總結(jié)全文內(nèi)容，突出畢業(yè)設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)，對未來的工作進(jìn)行展望。 關(guān)鍵詞： 萬能外圓磨 床；高速加工；無軸承電機(jī)；磁軸承；數(shù)學(xué)建模 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 he of at of of on of of of on At in a to of on 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 錄 摘 要 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 目 錄 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 1 緒論 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 計(jì)的總體要求 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 1432A 型萬能外圓磨床總體描述 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 床的結(jié)構(gòu) . 2 床的總體布局 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 床的主要技術(shù)性能 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 床的機(jī)械傳動系統(tǒng) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 于高速加工技術(shù)的無軸承電機(jī)研究意義與現(xiàn)狀 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 于高速加工技術(shù)的無軸承電機(jī)研究意義 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 于高速加工技術(shù)的無軸承電機(jī)研究現(xiàn)狀 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 軸承電機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 軸承電機(jī)的特點(diǎn) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 軸承電機(jī)的應(yīng)用 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 軸承電機(jī)的發(fā)展前景 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 2 高速加工技術(shù)概述 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 速加工的定義 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 速加工中心的類型 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 速加工的特點(diǎn) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 速加工的關(guān)鍵技術(shù) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 具技術(shù) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 床技術(shù) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 件 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 3 高速加工技術(shù)中磁浮軸承主軸單元設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 言 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 軸單元軸承的組成 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 械系統(tǒng) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 軸承的偏磁回路 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 制回路系統(tǒng) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 磁偏置軸承的結(jié)構(gòu)及工作原理 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 磁偏置軸承的基本結(jié)構(gòu) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 磁偏置軸承的工作原理 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 磁偏置軸承的設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 路計(jì)算的基本 定律和公式羅列 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 永磁偏置軸承的等效磁路分析 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 向 軸向磁軸承的吸力方程 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 向 軸向磁軸承的承載能力 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 向 軸向混合磁軸承參數(shù)設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 磁軸承的參數(shù)設(shè)計(jì)與校核 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 取永磁材料 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 定工 作氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 極面積的計(jì)算 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 定子內(nèi)徑 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 磁極弧長及疊片厚度 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 匝數(shù)的計(jì)算 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 數(shù)與電流的分配 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 徑 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 口面積的求取 . 錯(cuò)誤 !未定義書 簽。 久磁鐵參數(shù)計(jì)算 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 4 無軸承電機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 計(jì)的總體概況 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 軸承電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 子上零件的布置 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 軸承電機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 浮軸承的結(jié)構(gòu)選擇與設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 懸浮軸承總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 磁偏置徑向軸向磁軸承的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 軸承電機(jī)結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 子與轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 感器部件的設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 殼的設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 作軸的設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 承端蓋的設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 5 結(jié)論與展望 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 致謝 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 參考文獻(xiàn) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 1 緒論 計(jì)的總體要求 現(xiàn)代機(jī)械加工越來越需要提高效率，通常采用高速加工，主要是采用高速主軸，因而高速加工中無軸承電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就顯得很重要，本文正是基于萬能外圓磨床適應(yīng)于高速加工要求對高速主軸的無軸承電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，探尋磁懸浮在普通機(jī)床高速主軸中的應(yīng)用，因其獨(dú)具的懸浮機(jī)理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使之在生物工程、航空航天、高新能源、半導(dǎo)體制造業(yè)、食品加工以及醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域也得到成功的應(yīng)用。隨著我國經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展，在很多特殊電氣傳動領(lǐng)域必將改變傳統(tǒng)的傳動和傳輸方式 ，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、減少污染將會起到重要作用。因此，無軸承電機(jī)在我國具有很大的潛在應(yīng)用市場，積極開展無軸承電機(jī)的研究和在普通機(jī)床上的應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)和深遠(yuǎn)意義。 外圓磨床分為普通外圓磨床和萬能外圓磨床。在普通外圓磨床上可磨削外圓柱面和外圓錐面，在萬能外圓磨床上還能磨削內(nèi)圓柱面和內(nèi)圓錐面和端面。外圓磨床的主要參數(shù)為最大的磨削直徑。 外圓磨床以兩頂心為中心，以砂輪為刀具，將圓柱形鋼件研磨出精密同心度的磨床（又叫頂心磨床或圓通磨床）。 外圓磨床的主機(jī)有床身、車頭車尾、磨頭、傳動吸塵裝置 等部件構(gòu)成。車頭、磨頭可調(diào)角度，用于修磨頂針及皮輥倒角專用夾具。 本設(shè)計(jì)就是以 萬能外圓磨床為例對原來的普通主軸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用無軸承電機(jī)進(jìn)行砂輪主軸的驅(qū)動。 無軸承電機(jī)是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，由于它具有上述諸多優(yōu)良性能及其在眾多工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用前景，使得無軸承電機(jī)技術(shù)越來越受到國內(nèi)外專家、學(xué)者的關(guān)注與重視。而我國對這一技術(shù)的研究尚不成熟，針對這種情況，我們在畢業(yè)設(shè)計(jì)中選擇了這一課題。鑒于無軸承電機(jī)不但具有磁懸浮軸承的優(yōu)點(diǎn)，而且比其他同功率的電機(jī)及支撐裝置，體積小、重量輕、能耗小，對于 提高高速及超高速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的工作性能具有重要意義，本文就是基于這些問題提出的。對于一個(gè)典型的無軸承電機(jī)來說，它主要由機(jī)械、檢測、控制三大主要部分組成，而控制系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，而合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又是保證承載能力要求和運(yùn)行穩(wěn)定可靠的前提，所以，本設(shè)計(jì)主要對機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。 文中以無軸承電機(jī)的永磁偏置徑向軸向磁軸承本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)（機(jī)械部分）及控制系統(tǒng)為主要研究對象，設(shè)計(jì)出合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)和控制系統(tǒng)，并對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行簡要的分析。 第一章介紹了基于高速加工技術(shù)的無軸承電機(jī)的研究意義及現(xiàn) 狀。此外還介紹了本設(shè)計(jì)的提出及主要內(nèi)容的安排。第二章簡單介紹了一下高速加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)。第三章從基于高速加工技術(shù)的無軸承電機(jī)的總體結(jié)構(gòu)入手，對無軸承電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。第四章分析了無軸承電機(jī)中永磁偏置徑向軸向磁軸承的工作原理，建立了數(shù)學(xué)模型，并以具體的參數(shù)要求為例，對其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。最后總結(jié)全文內(nèi)容，突出研究工作的重點(diǎn)，并對未來的工作進(jìn)行展望。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 1432床的結(jié)構(gòu) 萬能外圓磨床是普通精度等級萬能外圓磨床，主要用于 磨削圓柱形和圓錐形的外圓和內(nèi)孔，還可以磨削階梯軸的軸肩和端平面。 機(jī)床應(yīng)達(dá)到的加工精度和表面粗糙度如 表 1萬能外圓磨床（最大磨削長度1000加工質(zhì)量 所示。 表 1萬能外圓磨床（最大磨削長度 1000加工質(zhì)量 加工方法、工件及其裝夾方式 表面粗糙度 圓度公差 圓柱度公差 精磨外圓 工件支承在前、后尖上，不用心 架；工件尺寸：直徑 60 度 500 m 3m 5m 精磨外圓 工件裝夾在夾盤上，不用中心架；工件尺寸：直徑 50 伸長度 150 m 精磨內(nèi)孔 工件裝夾在夾盤上，不用中心架；工件尺寸：孔徑 62.5 度 125 種機(jī)床適用于工具車間、機(jī)修車間和單件、小批生產(chǎn)車間。由于機(jī)床自動化程度較低，磨削效率不夠高，所以，它不宜用于大批量生產(chǎn)車間。 床的總體布局 萬能外圓磨床由下列各主要部分組成，見圖 1、床身 1：是 磨床的基礎(chǔ)支承件，它支承著工作臺、頭架、尾架、墊板及橫向滑鞍、砂輪架等部件，使它們在工作時(shí)保持準(zhǔn)確的相對位置。床身內(nèi)腔用作液壓油的油池。 2、頭架 2：用以裝夾工件，并帶動工件旋轉(zhuǎn)。 3、尾架 5：尾架頂尖和頭架頂尖一起，用以支承工件。 圖 1432 型萬能外圓磨床外形圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 4、工作臺 8：它由上工作臺和下工作臺兩部分組成。上工作臺可繞下工作臺的心軸在水平面內(nèi)調(diào)整至某一角度位置，用以磨削錐度較小的長圓錐面。工作臺面上裝有頭架和尾架，它們同工作臺一起沿床身導(dǎo)軌作縱向往復(fù)運(yùn)動。 5、砂輪 架 4：用以支承并傳動高速旋轉(zhuǎn)的砂輪主軸。砂輪架裝在滑鞍 6 上，當(dāng)需要磨削短圓錐面時(shí)，砂輪架可以調(diào)整至一定的角度位置。 6、內(nèi)圓磨具 3：用以支承磨內(nèi)孔的砂輪主軸。內(nèi)圓磨具主軸由專門的電動機(jī)驅(qū)動。 7、滑鞍 6 及橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)：轉(zhuǎn)動橫進(jìn)給手輪 7，可以使橫進(jìn)給機(jī)構(gòu)帶動滑鞍 6 及砂輪架沿床身墊板的導(dǎo)軌作橫向移動。也可以利用液壓裝置，使滑鞍 6 作周期的自動切入進(jìn)給。 此外，在床身內(nèi)還有液壓傳動裝置。 床的主要技術(shù)性能 外圓磨床的主要參數(shù)為磨削工件的最大直徑，本機(jī)床的主參數(shù)為 320 外圓磨削直徑 8 320 圓最大磨削長度 1000 1500 2000 孔磨削直徑 30 100 孔最大磨削長度 125 削工件最大重量 150輪尺寸 11 外圓砂輪轉(zhuǎn)速 1670r/架主軸轉(zhuǎn)速 6 級： 25， 50， 80， 112， 160， 224 r/圓砂輪轉(zhuǎn)速 10000 r/15000 r/輪架電動機(jī)功率 4 圓磨電動機(jī)功率 1.1 動機(jī)總功率 作臺縱向移動速度（液壓無級調(diào)速） 4m/床外形尺寸（三種規(guī)格） 3200， 4500， 5800 機(jī)床的機(jī)械傳動系統(tǒng) 機(jī)床，除工作臺的縱向往復(fù)運(yùn)動 、砂輪架的快速進(jìn)退及尾架頂尖套筒的縮回為液壓傳動外，其于運(yùn)動都是機(jī)械傳動的。機(jī)械傳動系統(tǒng)如 圖 1432A 型萬能外圓磨床傳動系統(tǒng)圖 所示。 頭架（帶動工件）的傳動 此傳動鏈用于實(shí)現(xiàn)工件的圓周進(jìn)給。運(yùn)動由雙速電動機(jī)驅(qū)動，經(jīng)三級皮帶傳動，使頭架的撥盤撥動工件，實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給。這時(shí)，主軸本身是不旋轉(zhuǎn)的。 外圓砂輪的傳動 砂輪主軸的運(yùn)動是砂輪架電動機(jī) （ 1440 r/4經(jīng) 4 根三角帶直接傳動的，使主軸獲得 1670 r/轉(zhuǎn)速。 內(nèi)圓磨具的傳動 內(nèi)圓磨具主軸由電動機(jī)（ 2840 r/平皮帶直接傳動。更換平皮帶輪，主買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 軸可獲得 2 種轉(zhuǎn)速。 內(nèi)圓磨具裝在內(nèi)圓磨具支架上。為了保證工作安全，內(nèi)圓磨具電動機(jī)的啟動與內(nèi)圓磨具支架的位置有聯(lián)鎖的作用，只有當(dāng)支架翻到磨削內(nèi)圓的工作位置時(shí)，電動機(jī)才能啟動。此外，當(dāng)支架翻到磨內(nèi)圓位置時(shí)，砂輪架快速進(jìn)退手柄就在原位置上自動聯(lián)鎖住，這時(shí)，砂輪架不能快速移動。 于高速加工技術(shù)的無軸承電機(jī)研究意義與現(xiàn)狀 目前金屬切削加工仍是當(dāng)今主要的機(jī)械加工方法，在機(jī)械 制造業(yè)中有著重要的地位，但如何提高其效率、精度、質(zhì)量成為傳統(tǒng)機(jī)械加工面臨的問題。 20 世紀(jì) 90 年代，以高切削速度、高進(jìn)給速度和高加工精度為主要特征的高速加工 （ 經(jīng)成為現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)的重要發(fā)展方向之一，也是目前制造業(yè)一項(xiàng)快速發(fā)展的高新技術(shù)。本文即是從提高金屬切削機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速的角度探討一下無軸承電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，希望能起到拋磚引玉的作用。 于高速加工技術(shù)的無軸承電機(jī)研究意義 無軸承電機(jī)就是從磁路上將電機(jī)和磁懸浮軸承合為一體，利用電機(jī)的鐵心同時(shí)作為 磁懸浮軸承的鐵心，也稱磁懸浮電機(jī)。比起傳統(tǒng)電機(jī)加磁懸浮軸承的結(jié)構(gòu)，它體積小，而且由于電機(jī)的磁場被用作產(chǎn)生懸浮力的基礎(chǔ)，磁懸浮電機(jī)還可以減少磁浮力所需要的電能，從而提高系統(tǒng)的效率。 一些精密數(shù)控機(jī)床、渦輪分子泵、小型發(fā)電機(jī)或高速飛輪儲能等裝備中需要用大功率的高速超高速電動機(jī)（以下簡稱為電機(jī)）來驅(qū)動。我們知道，電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)對機(jī)械軸承振動沖擊大，機(jī)械軸承磨損快，大幅度縮短了軸承和電機(jī)使用壽命，為此用機(jī)械軸承來支承圖 1432A 型萬能外圓磨床傳動系統(tǒng)圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 高速電機(jī)嚴(yán)重制約著電機(jī)向更高速度和更大功率方向發(fā)展。近 20 多年來發(fā)展起來的磁軸承（ ，是利用磁場力將轉(zhuǎn)子懸浮于空間，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子和定子之間沒有機(jī)械接觸的一種新型高性能軸承。圖 由磁軸承支承的高速電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。磁軸承支承的電機(jī)雖然具有突出的優(yōu)點(diǎn)，但在不同的應(yīng)用領(lǐng)域依然存在如下問題：（ 1）電機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率難以進(jìn)一步提高；（ 2）磁軸承需要高性能的控制器、功率放大器和多個(gè)造價(jià)較高的精密位移傳感器等，使磁軸承結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、體積較大和成本較高，大大制約了由磁軸承支承的高速電機(jī)的使用范圍和廣泛應(yīng)用。 圖 軸承支撐的電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 所謂無軸承電機(jī)（ 并不是說不需要軸承來支承，而是不需單獨(dú)設(shè)計(jì)或使用專門的機(jī)械軸承、氣浮或液浮軸承。由于磁軸承結(jié)構(gòu)與交流電機(jī)定子結(jié)構(gòu)的相似性，把磁軸承中產(chǎn)生徑向懸浮力的繞組疊加到電機(jī)的定子繞組上，構(gòu)成無軸承電機(jī)（二自由度見圖 ，保證電機(jī)定子等效繞組產(chǎn)生的磁場極對數(shù) 徑向懸浮力繞組產(chǎn)生磁場極對數(shù) 關(guān)系為： 11 ， 懸浮力繞組產(chǎn)生的磁場和電機(jī)定子繞組（或永磁體）產(chǎn)生的磁場合成一個(gè)整體，通過探索驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn) 力和徑向懸浮力耦合情況以及解耦方法，獨(dú)立控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無軸承化。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 圖 軸承電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖 無軸承電機(jī)一方面保持磁軸承支承的電機(jī)系統(tǒng)壽命長、無須潤滑、無機(jī)械摩擦和磨損等優(yōu)點(diǎn)外，還有望突破更高轉(zhuǎn)速和大功率的限制，拓寬了高速電機(jī)的使用范圍，與磁軸承支撐的高速電機(jī)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：（ 1）徑向懸浮力繞組疊加到電機(jī)的定子繞組上，不占用額外的軸向空間。一方面，電機(jī)軸向長度可以設(shè)計(jì)得較短，臨界轉(zhuǎn)速可以較高，電機(jī)轉(zhuǎn)速僅受材料強(qiáng)度的限制，這樣無軸承電機(jī)大大拓寬了高速電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，特別 是在體積小、轉(zhuǎn)速高和壽命長的應(yīng)用領(lǐng)域，如要求無粉塵、無潤滑、小體積環(huán)境工作的計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動器、微型高速機(jī)床等；另一方面，在同樣長度的電機(jī)轉(zhuǎn)軸情況下，輸出功率將比磁軸承支承的電機(jī)有大幅度提高。（ 2）結(jié)構(gòu)更趨簡單，維修更為方便，特別是電能消耗減少。傳統(tǒng)的磁軸承需要靜態(tài)偏置電流產(chǎn)生電磁力來維持轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮，而無軸承電機(jī)不再需要。徑向懸浮力的產(chǎn)生是基于電機(jī)定子繞組產(chǎn)生的磁場，徑向懸浮力控制系統(tǒng)的功耗只有電機(jī)功耗的 2% 5%，這些優(yōu)點(diǎn)特別適用于航空航天等高科技領(lǐng)域?；跓o軸承電機(jī)高品質(zhì)的性能，廣闊的應(yīng)用前景，對提高機(jī) 械工業(yè)制造裝備的水平，特別是提高航空航天器工作性能無疑具有現(xiàn)實(shí)和深遠(yuǎn)意義，其研究工作越來越受到國內(nèi)外科技工作者的高度重視。 于高速加工技術(shù)的無軸承電機(jī)研究現(xiàn)狀 1、無軸承電機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 無軸承電機(jī)起源及發(fā)展在費(fèi)拉里斯和特斯拉發(fā)明多相交流系統(tǒng)后， 19 世紀(jì) 80 年代中期，多沃羅沃爾斯基發(fā)明了三相異步電機(jī)，異步電機(jī)無需電刷和換向器，但長期高速運(yùn)行，軸承維護(hù)保養(yǎng)仍是難題。 二次世界大戰(zhàn)后，直流磁軸承技術(shù)的發(fā)展，使得電機(jī)和傳動系統(tǒng)無接觸運(yùn)行成為可能，但這種傳動系統(tǒng)造價(jià)很高，因?yàn)殍F磁性物體不可能在一個(gè)恒 定磁場中穩(wěn)定懸浮。主動磁軸承的發(fā)明，解決了這個(gè)難題，但用主動磁軸承支承剛性轉(zhuǎn)子要在 5 個(gè)自由度上施加控制力，磁軸承體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和造價(jià)高。 20 世紀(jì)后半期，為了滿足核能開發(fā)和利用，需要用超高速離心分離方法生產(chǎn)濃縮鈾，磁軸承能滿足高速電機(jī)支撐要求，于是在歐洲開始了研究各種磁軸承計(jì)劃。 1975 年，赫爾曼申請了無軸承電機(jī)專利，專利中提出了電機(jī)繞組極對數(shù)和磁軸承繞組極對數(shù)的關(guān)系為那個(gè)年代是不可能制造出無軸承電機(jī)的。 隨著磁性材料磁性能進(jìn)一步提高，為永磁同步電機(jī)奠定了有力競爭地位。同時(shí)，隨 著雙極管的應(yīng)用，以及和柏林格爾提出的無損開關(guān)電路結(jié)合，能夠制造出滿足無軸承電機(jī)要求的新一代高性能超級放大器。大約在 1985 年，具有快速和負(fù)載能力的功率開關(guān)器件和數(shù)字信號處理器的出現(xiàn)，使得已經(jīng)提出 20 多年的交流電機(jī)矢量控制技術(shù)才得以實(shí)際應(yīng)用，這樣解決了無軸承電機(jī)數(shù)字控制的難題。瑞士蘇黎世聯(lián)邦工學(xué)院的比克爾在這些科技進(jìn)步的基礎(chǔ)上，于 20 世紀(jì) 80 年代后期才首次制造出無軸承電機(jī)。 無軸承電機(jī)取得實(shí)際應(yīng)用，關(guān)鍵性突破是 1998 年蘇黎世聯(lián)邦工學(xué)院的巴萊塔研制出無軸承永磁同步薄片電機(jī)，電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，大大降低了控制系統(tǒng)費(fèi)用 ，在很多領(lǐng)域具有很大應(yīng)用價(jià)值。 我國已經(jīng)開始重視研究無軸承電機(jī)， 1999 年國家自然科學(xué)基金資助了無軸承電機(jī)的買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 研究工作，南京航空航天大學(xué)、江蘇理工大學(xué)和沈陽工業(yè)大學(xué)得到了支持并正在開展無軸承交流電機(jī)、無軸承片狀電機(jī)等的研究。還有一些單位得到了省市有關(guān)部門基金的支持，也正在研究和探索這項(xiàng)高新技術(shù)。目前國內(nèi)已發(fā)表了多篇綜述及理論仿真研究的文章，對無軸承電機(jī)的研究成果還未進(jìn)行公開報(bào)道。 2、無軸承電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀 就無軸承交流電機(jī)研究現(xiàn)狀來看，目前僅停留在理論和樣機(jī)實(shí)驗(yàn)階段，離實(shí)用化還有一定的距離，但就研究 初期成果所體現(xiàn)出來的優(yōu)越性足以確信其潛在的使用價(jià)值。無軸承電機(jī)的控制系統(tǒng)是其核心關(guān)鍵技術(shù)，決定無軸承電機(jī)能否穩(wěn)定可靠工作，目前制約其實(shí)用化的重要原因是控制問題。無軸承電機(jī)控制的困難在于該系統(tǒng)具有復(fù)雜的非線性強(qiáng)耦合特性，主要表現(xiàn)在（ 1）無軸承電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和徑向懸浮力之間存在藕合。如果不采取有效地解耦措施，無軸承電機(jī)不可能穩(wěn)定運(yùn)行，因此電磁轉(zhuǎn)矩和徑向懸浮力之間解耦控制是無軸承電機(jī)的基本要求；（ 2）無軸承電機(jī)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須考慮因磁飽和和溫度變化等因素所引起的電機(jī)參數(shù)的變化。設(shè)計(jì)有效而實(shí)用的電機(jī)參數(shù)變化的控 制系統(tǒng)，這也是一個(gè)難點(diǎn)。國外在這些方面研究中較具有代表性的方法，一種是針對無軸承異步電機(jī)和同步電機(jī)提出了一個(gè)近似線性化的基于矢量變換的控制算法來實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩和徑向懸浮力之間的解耦控制，但這種算法構(gòu)造比較復(fù)雜，需要對多個(gè)磁鏈?zhǔn)噶窟M(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)比較困難。另一種方法分析無軸承異步電機(jī)在負(fù)載條件下徑向懸浮力和電磁轉(zhuǎn)矩耦合的關(guān)系，提出了對電機(jī)電流的幅值和相角進(jìn)行補(bǔ)償來保持旋轉(zhuǎn)磁場的平穩(wěn)轉(zhuǎn)動和幅值恒定，實(shí)現(xiàn)兩者之間的解耦，試驗(yàn)表明提出的補(bǔ)償措施能實(shí)現(xiàn)負(fù)載條件下電機(jī)的穩(wěn)定工作，并依此針對異步電機(jī)提出個(gè)間接矢量控制方法。但 目前提出的各種方法從解耦角度看，僅僅實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和徑向懸浮力控制之間的靜態(tài)解耦，還未實(shí)現(xiàn)完全的動態(tài)解耦，要確保無軸承電機(jī)在過渡階段的穩(wěn)定運(yùn)行，只有實(shí)現(xiàn)兩者之間的動態(tài)解耦才是根本的保證。另外文獻(xiàn)提出的控制方法沒有考慮電機(jī)參數(shù)的變化來設(shè)計(jì)控制算法，因此，考慮電機(jī)參數(shù)的非線性變化、磁路飽和對電機(jī)控制性能的影響，研究滿足電機(jī)動態(tài)性能要求的控制器、實(shí)現(xiàn)無軸承電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和徑向懸浮力控制之間的動態(tài)解耦，是無軸承交流電機(jī)的研究重要課題之一。 軸承電機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用 軸承電機(jī)的特點(diǎn) 無軸 承電機(jī)是根據(jù)磁軸承與電機(jī)產(chǎn)生電磁力原理的相似性，把磁軸承中產(chǎn)生徑向力的繞組安裝在電機(jī)定子上，通過解耦控制實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)矩和徑向懸浮力的獨(dú)立控制。無軸承電機(jī)具有磁懸浮磁軸承所有優(yōu)點(diǎn)，需要免維修、長壽命運(yùn)行，無菌、無污染以及有毒有害液體或氣體的傳輸是無軸承電機(jī)典型應(yīng)用場合。 無軸承電機(jī)因?yàn)闊o需滑座，所以具有以下特征： （ 1）幾乎不產(chǎn)生灰塵； （ 2）能夠高速旋轉(zhuǎn)； （ 3）能夠耐極低溫、真空等難以使用潤滑油的環(huán)境； （ 4）噪聲??； （ 5）基本上無摩擦損失。因此一直是研究的熱點(diǎn)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 軸承電機(jī)的應(yīng)用 目前，無軸承電機(jī)得到了如下應(yīng)用： 1）半導(dǎo)體工業(yè) 在蝕刻、制板、清洗或拋光等加工過程中需用腐蝕性化學(xué)液體，產(chǎn)品質(zhì)量很大程度上取決于化學(xué)液體質(zhì)量，液體輸送泵是關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。像酸液、有機(jī)溶劑等腐蝕的化學(xué)液體，泵必須無污染可靠傳輸，并且泵要具有抗腐蝕和耐一定溫度的要求。傳統(tǒng)氣動和薄片泵壽命短，大多數(shù)耐溫最高只有 100 左右，運(yùn)動閥和薄片仍然會產(chǎn)生少量的微粒，液體傳輸也存在著不均勻的脈動，影響了工藝處理質(zhì)量。采用無軸承電機(jī)密封泵能解決傳統(tǒng)傳輸中存在的缺陷，大大滿足精密半導(dǎo)體器件生產(chǎn)工藝要求。目前， 功率為 300W 的無軸承電機(jī)密封泵已經(jīng)在半導(dǎo)體工業(yè)得到應(yīng)用。 2）化工領(lǐng)域 放射性環(huán)境或高溫輻射環(huán)境等惡劣條件下，用無軸承電機(jī)密封泵進(jìn)行廢料處理，能解決機(jī)械軸承磨損和維修的難題。在化學(xué)工業(yè)，對有效密封傳輸和生產(chǎn)系統(tǒng)的需求進(jìn)一步提高，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸密封的密封泵，機(jī)械軸承需要潤滑，據(jù)報(bào)道 80%的故障是由于密封失效引起的， 20%是軸承、連接及其它故障。為了安全生產(chǎn)，免遭環(huán)境污染，使用無軸承電機(jī)密封泵是最佳選擇。目前，蘇黎世聯(lián)邦工學(xué)院和 公司合作完成了功率為 30無軸承密封泵樣機(jī)的研制和測試工作，進(jìn)入了試 運(yùn)行階段。 3）生命科學(xué)領(lǐng)域 心臟是生命的永動機(jī)，一旦發(fā)生故障難以修復(fù)。利用人工心臟部分或全部替代心臟功能成為心臟病患者生命延續(xù)的福音。利用機(jī)械軸承的血泵會產(chǎn)生摩擦和發(fā)熱，使血細(xì)胞破損，引起溶血、凝血和血栓，甚至危及病人生命。蘇黎世聯(lián)邦工學(xué)院和 司研制成功的無軸承永磁電機(jī)驅(qū)動的血泵和可以移植到人體內(nèi)的心臟左心室輔助裝置已經(jīng)在臨床中應(yīng)用。 軸承電機(jī)的發(fā)展前景 軸承電機(jī)，一方面具有磁懸浮軸承的優(yōu)點(diǎn)，如無接觸、無需潤滑及無磨損等，可以用于真空技術(shù)、無菌車間、腐蝕性介質(zhì)或非常純凈介質(zhì)的 傳輸；另一方面電機(jī)轉(zhuǎn)速可以做得很高、功率也可以很大，特別適用于高速或超高速數(shù)控機(jī)床、渦輪分子泵、離心泵、壓縮機(jī)、飛輪儲能裝置及小型發(fā)電設(shè)備等工業(yè)領(lǐng)域，特別是無軸承電機(jī)比其他同功率的電機(jī)及支撐裝置，體積小、重量輕、能耗小，對于提高航空骯天器的工作性能具有重要意義。無軸承電機(jī)作為一種新型結(jié)構(gòu)的電動機(jī)，發(fā)展才經(jīng)歷 10 多年時(shí)間，研究水平還遠(yuǎn)未達(dá)到系統(tǒng)完善的地步，但是，其研究的進(jìn)程是飛速的，國外已紛紛研制出無軸承感應(yīng)電機(jī)、無軸承片狀電機(jī)、無軸承同步磁阻電機(jī)、無軸承永磁同步電機(jī)等實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。無軸承感應(yīng)電機(jī)已用于密封泵 （ 、計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動裝置；無軸承片狀電機(jī)已用于人工心臟泵中，初步顯示了無軸承電機(jī)對國民經(jīng)濟(jì)和人民生活質(zhì)量提高等方面所起的作用，相信無軸承電機(jī)的研究成果用于機(jī)械工業(yè)、機(jī)器人及航空航天等領(lǐng)域會對國民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生巨大的影響。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 2 高速加工技術(shù)概述 高速加工概念起源