高速电主轴电动机—主轴系统的机电耦合动力学建模
2014-10-20张广宇
张广宇
摘 要:随着经济的发展,我国的制造业呈现出较为明显的发展形势,提高生产效率成为各个方面关注的重点,实现高速加工能够使这个问题得到较好的缓解。想要实现这个目的,就需要选用高速机床。高速电主轴是数控机床的核心部分,具备强耦合性质。实际上,其在机电能量转换中,可以体现出机电耦合性质,能够对高速电主轴产生较为重要的影响,针对其进行动力学模型构建具有较为重要的现实作用。
关键词:高速电主轴电动机;主轴系统;机电耦合
机电耦合系统具有机械与电磁的共同特性,其本身运作也涉及到两者之间的转换。这种特性在各类机电系统中十分常见。一般情况下,其本身运作频率和速度相对较为低下,可以忽视其电磁辐射。但是,这种情况并不绝对,一旦其频率或速度达到一定程度,就会在发挥作用的过程中,产生相对较强的电磁辐射。
一、高速电主轴机电耦合分析
从机电耦合的方向对高速电主轴进行分析,主要目的是为了对其动态性能进行较为必要的研究。事实证明,此研究不仅具有重要的现实意义,也会在工程施工的过程中发挥重要的作用。
1.方法与内容
在工程当中,机电耦合传动系统是各个部分的有机组合,具体来说,其两个主要组成部分分别为电机与机械传动轴。由此可见,只要系统组成的两个部分存在,就会出现相应的机电耦合。当前,其传动方式主要针对电机与负载进行添加,使其能够具备传动功能,比如链条、皮带等。同时,负载和电机之间能够直接实现耦合过程。这种运作方式能够产生较强的现实意义,避免故障及磨损的发生。
高速电动主轴传动方式属于直接耦合。其本身与主轴本身存在一定关联,在构成方面体现出较为复杂的特性。其内部包含各个部分的子系统,在运作过程中存在较多繁复耦合关系。针对其进行建模考量可以运用分解协调法。在这个过程中,比较容易出现各个部分之间的耦合变量存在较为明显差异的情况。针对这种情况,便需要运用统一原则针对其存在的差异进行消除,使其能够较好地符合现实情况。通过此形式便可以使得各个部分之间的优化结果得到确认。然后,需要确定电主轴系统中的变量类别划分,使其能够较好地满足要求,便可以针对耦合情形的结构已经扰动效应进行探索,进而确定处理与之有关的各种参数的对策,如此便可以实现高速电主轴机电耦合的处理。
2.存在的问题
但是,针对这些问题进行探索的过程中,需要面对较多问题,如病态刚性方程。从整体对问题进行分析的过程中,耦合变量过多会导致系统变量随之变得相对繁复,对于结果的确定存在一定的干扰,使得整个探索过程的难度增加。针对首个问题进行分析可知,可以选择不同类型的速度变量,运用差异性数值积分法与其进行搭配实现整个求解过程。其后的问题可以通过信息技术的不断发展获得相应的答案。其实,对于最后一个问题而言,也可以秉持科学理念,运用合理方式对其进行必要的解决。
二、高速电主轴电动机—主轴系统的机电耦合模型构建
1.原理与方法
系统中可能包含集中参数旋转电机,其运动表达式主要涉及电气和机械两个方面。其中电气方程与电压和磁场有关,而机械方程则包括电磁转矩与机械转矩方程。
构建相应表达式的方法通常为动态耦合电路法、变分原理法以及传统法。其中,第一种方法将系统当作一个电路,本身具备较强的动态性质,运用各种理论对其进行限定,然后建立起相应的表达式。这种类型的表达式具有便于理解的特点,能够从物理角度将所要表达的思想进行较为明确的确认。但是,其在使用的过程中存在一定程度的弊端,针对构成相对较为繁复的系统而言,想要对其进行建立,需要花费的时间相对较长,具备较高的时间成本。第二种方式具备一定程度的积分性质,而第三种方法则会在应用的过程中体现出较为抽象的特点,表达式难以理解。
2.模型构建
课题按照动力学分析原理构建出物理以及数学两种类型的模型。其中物理方面的模型可以针对其内部的各个环节进行必要分析,将转子转速以及三项电流等系数进行必要研究,进而刻画出相应的物理模型。在模型建立的过程中,需要设定相应的前提条件,虽然磁饱和与铁芯耗损会对模型产生一定的影响,但是仍然需要对其进行排除,也要忽视温度等方面的影响,通过确定坐标并综合各项参数便可以确定相应的方程。
事实证明,建立模型能够较好地解决问题,铁芯损耗等因素会对模型的精度产生扰动作用。磁场的稳定度也存在一定的扰动作用,会对电主轴的能量变化以及动力学参数发挥重要作用。
参考文献:
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