搜索離心機(jī)永磁軸承仿真系統(tǒng)自動(dòng)化建模研究與實(shí)現(xiàn)
2013-05-07 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線
作者: 郭克希 饒顯俊 來(lái)源: 萬(wàn)方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字: 離心機(jī) 永磁軸承 自動(dòng)化建模 solidworks 2008 VB
根據(jù)離心機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的工作愿理,用一種新型的永磁軸承替代傳統(tǒng)的滾動(dòng)軸承,在離心機(jī)磁軸承試驗(yàn)仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模塊中,采用尺寸取動(dòng)的方法,利用VB語(yǔ)言,對(duì)三維軟件SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā),永磁軸承的模型可以通過(guò)用戶界面操作自動(dòng)建立。這對(duì)永磁軸承的推廣應(yīng)用、系列化開發(fā)具有重要的意義。
離心分離技術(shù)是一種廣泛采用的提純手段,一定程度上,純度與離心機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。由于受到傳統(tǒng)滾動(dòng)軸承機(jī)械性能的限制,目前國(guó)內(nèi)離心機(jī)轉(zhuǎn)速不超過(guò)22 000 r/min。永磁軸承具有高速度、高精度、無(wú)磨損、低功耗等優(yōu)良特性,可以滿足轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為25000-10000r/min的高速離心機(jī)分離提純的使用要求,也可廣泛用于生物技術(shù)、航天航空、機(jī)械加工、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性辨識(shí)與測(cè)試等領(lǐng)域,有著廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。到目前為止,對(duì)永磁軸承的性能研究已經(jīng)做了多方面工作,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及系列化,也是永磁軸承應(yīng)用推廣的一個(gè)研究問(wèn)題。本文中所研究的離心機(jī)永磁軸承試驗(yàn)仿真系統(tǒng)中的永磁軸承模型,就是根據(jù)永磁軸承的作用原理,設(shè)計(jì)出軸承的結(jié)構(gòu),利用三維設(shè)計(jì)軟件SolidWorks建立永磁軸承參數(shù)化模型,進(jìn)而利用VB語(yǔ)言編程和API ( Application Programming Interface)接口函數(shù)進(jìn)行SolidWorks的二次開發(fā),實(shí)現(xiàn)了永磁軸承模型的自動(dòng)建立,為永磁軸承有限元分析提供了三維仿真模型。
1離心機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)
離心機(jī)的提純精度受轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的限制,而軸承的承載能力又是選用高性能的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備的一個(gè)瓶頸條件。由于傳統(tǒng)的滾動(dòng)軸承承載能力有限,以期離心機(jī)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)能達(dá)到更高轉(zhuǎn)速,用永磁軸承來(lái)替代傳統(tǒng)的滾動(dòng)軸承,是解決該問(wèn)題的一個(gè)具有研究潛力的方法。用永磁軸承支撐的離心機(jī)轉(zhuǎn)子主軸系統(tǒng)如圖1所示。永磁軸承的結(jié)構(gòu)具有徑向和止推的雙向作用。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外對(duì)磁性材料的研究,永磁軸承的定子和轉(zhuǎn)子材料選用稀土釹鐵硼(NeFeB)高強(qiáng)度的永磁材料。
2離心機(jī)永磁軸承試驗(yàn)仿真系統(tǒng)
離心機(jī)永磁軸承試驗(yàn)仿真系統(tǒng)是離心機(jī)中永磁軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能分析的模擬試驗(yàn)系統(tǒng),利用仿真技術(shù)和程序設(shè)計(jì)開發(fā)工具,對(duì)所設(shè)計(jì)的永磁軸承進(jìn)行有效試驗(yàn)仿真,為永磁軸承的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。離心機(jī)磁軸承試驗(yàn)仿真系統(tǒng)包括:人機(jī)交互接口、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、仿真分析、結(jié)果處理4個(gè)部分。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中又包括零部件設(shè)計(jì)、裝配體設(shè)計(jì)和工程圖3個(gè)部分。該仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以永磁軸承零部件和裝配體為研究對(duì)象,它也是有限元分析和虛擬樣機(jī)試驗(yàn)的基礎(chǔ)。因此,軸承零部件模型的建造與裝配至關(guān)重要,直接影響永磁軸承的靜動(dòng)特性分析,是離心機(jī)永磁軸承仿真系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
該試驗(yàn)仿真系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互界面,如圖2所示。進(jìn)入到仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊,用戶只需要輸入結(jié)構(gòu)的參數(shù),系統(tǒng)便可以自動(dòng)建模,如圖3所示。
3 永磁軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自動(dòng)建模
3.1 永磁軸承庫(kù)建模的流程
永磁軸承庫(kù)的建模流程是進(jìn)行建模的基本依據(jù),引導(dǎo)設(shè)計(jì)的先后步驟一個(gè)優(yōu)化的建模流程,可以使得永磁軸承庫(kù)的設(shè)計(jì)步驟明確、內(nèi)容完備。在該試驗(yàn)仿真系統(tǒng)的永磁軸承庫(kù)模塊中,建模采用樹杈形式的建模流程,磁力軸承庫(kù)是樹根節(jié)點(diǎn),推力軸承、向心軸承和向心推力軸承3種系列作為其1級(jí)分支,各種形式的軸承又有2個(gè)2級(jí)分支,在利用SolidWorks軟件建模時(shí),每一種軸承模型又包括零部件圖、工程圖和爆炸動(dòng)作圖3個(gè)部分作為3級(jí)分支。該永磁軸承庫(kù)建模具體的流程圖如圖4所示,圖中省略號(hào)表示該級(jí)分支內(nèi)容與同系列的軸承該級(jí)分支內(nèi)容相同。
3.2 建立參數(shù)化模型
首先在solidworks軟件環(huán)境中建立永磁軸承的特征模型。以圖4所示的永磁軸承庫(kù)建模的流程圖為依據(jù),按照零部件草繪、建立裝配圖、生成工程圖的步驟,以向心推力軸承-為例,來(lái)說(shuō)明參數(shù)化模型的建立過(guò)程。
參數(shù)化建模是在特征建模的基礎(chǔ)上形成的。通過(guò)SolidWorks【工具/宏操作】中選擇"錄制",就可
以對(duì)生成模型的過(guò)程進(jìn)行宏文件和應(yīng)用程序的生成。根據(jù)永磁軸承的結(jié)構(gòu),首先依次建立各零部件的三維模型,其次建立零件的裝配圖。采用由內(nèi)至外的順序,裝配體總體上可分為以永磁軸承轉(zhuǎn)子為主體的懸浮部分和以定子為主體的固定部分,完成向心推力軸承一的虛擬裝配模型,渲染后的剖面圖如圖5所示。最后對(duì)特征模型所標(biāo)注的尺寸名稱進(jìn)行修改,尺寸的名稱盡量是有意義的表達(dá),便于二次開發(fā)時(shí)VB程序中變量的使用。停止宏文件錄制,編輯宏錄制的程序代碼,找出宏文件中建模過(guò)程的關(guān)鍵函數(shù),確定關(guān)鍵常數(shù),弄清楚關(guān)鍵常數(shù)的變化對(duì)實(shí)體模型的影響,把關(guān)鍵常數(shù)用變量來(lái)替換,刪除宏文件中不必要的操作過(guò)程,一個(gè)參數(shù)化的永磁軸承模型便建立了。
3.3仿真系統(tǒng)永磁軸承自動(dòng)建模的實(shí)現(xiàn)
仿真系統(tǒng)中永磁軸承的自動(dòng)建模是通過(guò)利用VB語(yǔ)言對(duì)SolidWorks的二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)的。先要在VB集成環(huán)境中,通過(guò)命令【工程/引用】對(duì)話框中勾選solidworks 2006 Type Library完成有關(guān)類型庫(kù)的引用,才能通過(guò)ActiveX Automation訪問(wèn)SolidWorks提供的主要對(duì)象。在VB編輯器中修改宏程序,利用尺寸驅(qū)動(dòng)法的原理,將零件的尺寸標(biāo)注看作變量,通過(guò)尺寸參數(shù)值的變化來(lái)生成結(jié)構(gòu)相同而參數(shù)不同的零件族。如圖5所示的永磁軸承的仿真模型,部分自動(dòng)建模程序如下:
以上的代碼就是自動(dòng)建模裝配實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ),具體的實(shí)例如圖3所示。當(dāng)用戶輸入要求的參數(shù)后,可以在指定區(qū)域預(yù)覽到三維模型。把二次開發(fā)的應(yīng)用程序打包,制作成可執(zhí)行文件,便可以安裝運(yùn)行。
4.結(jié)束語(yǔ)
在離心機(jī)永磁軸承仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模塊中,零部件的自動(dòng)裝配是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。利用SolidWorks三維設(shè)計(jì)軟件與VB語(yǔ)言編程相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)永磁軸承模型的自動(dòng)建立,目前,國(guó)內(nèi)對(duì)永磁軸承性能、材料及有限元分析等研究已經(jīng)做了很多工作,但是永磁軸承結(jié)構(gòu)如何實(shí)現(xiàn)系列化建模有待解決。本文的研究不僅是離心機(jī)永磁軸承仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ),也豐富了高速離心機(jī)和永磁軸承的研究?jī)?nèi)容,為提高離心機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的研究探索新的設(shè)計(jì)分析方法提供參考。
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