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TBT组合式球轴承组内载荷分布及动刚度特性对比分析

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西南交通大学学报 2024年

作者：孙凤胡玉卓刘祥赵川杨文华李博徐方超赵海宁沈阳工业大学机械工程学院沈阳机床股份有限公司

支承轴承的动态载荷分布及刚度特性是引起机床振动和切削稳定性的重要因素。基于非线性弹性赫兹接触理论及琼斯哈里斯模型，结合滚动体-滚道接触状态判定准则，提出多列组合球轴承五自由度分析模型。采用改进迭代算法求解，大大提高了... 详细信息

支承轴承的动态载荷分布及刚度特性是引起机床振动和切削稳定性的重要因素。基于非线性弹性赫兹接触理论及琼斯哈里斯模型，结合滚动体-滚道接触状态判定准则，提出多列组合球轴承五自由度分析模型。采用改进迭代算法求解，大大提高了迭代计算在不同外界条件的波动下的求解收敛性，得到恒定预紧力作用下，TBT组合式轴承组内轴承动态载荷分布和动刚度特性。研究结果表明：转速、径向载荷、轴向载荷均会改变组合轴承的载荷分布及动刚度特性，且对左列和右列轴承影响效果不同；其中，转速的增加会导致组内轴承内部产生非完全接触区域，使轴承载荷分布发生震荡；相较于单个轴承在等效外界载荷条件下，组合轴承的径向动刚度较轴向动刚度提升效果更明显。

关键词：球轴承接触状态分析动态载荷分布动刚度接触角

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电火花加工用磁悬浮驱动器控制系统

沈阳工业大学学报 2024年第1期46卷 82-90页

作者：赵芳张健孙凤徐方超栾博然刘洋张晓友沈阳工业大学机械工程学院辽宁沈阳110870 日本工业大学机械工学科日本琦玉345-8501

针对传统电火花加工时,主轴不能及时调整极间间隙导致加工效率低下的问题,提出了一种多自由度磁悬浮驱动器代替传统电火花主轴运动。分析了该磁悬浮驱动器的结构及原理并建立了磁悬浮驱动器的动力学模型,运用有限元仿真软件对该驱动器... 详细信息

针对传统电火花加工时,主轴不能及时调整极间间隙导致加工效率低下的问题,提出了一种多自由度磁悬浮驱动器代替传统电火花主轴运动。分析了该磁悬浮驱动器的结构及原理并建立了磁悬浮驱动器的动力学模型,运用有限元仿真软件对该驱动器所产生的电磁力进行仿真分析,通过设计传统PID控制系统及模糊PID控制系统对磁悬浮驱动器的控制效果进行仿真与实验验证。结果表明,该磁悬浮驱动器具有较好的跟随特性和快速的响应速度及符合要求的电磁力,满足微细电火花加工要求。

关键词：电火花加工磁悬浮驱动器动力学模型电磁力模糊PID控制有限元仿真响应速度跟随特性

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基于加速度传感器的体质检测自适应计次

传感器与微系统 2024年第3期43卷 99-102,107页

作者：韩兰侠徐方超孙凤张一民贾潇沈阳工业大学机械工程学院辽宁沈阳110870 北京体育大学运动人体科学学院北京100084

设计了一种可以测试2min原地高抬腿和30s坐站动作的可穿戴集成系统。检测方法采用改进的自适应峰值计次算法,该算法根据测试者做高抬腿和坐站动作时的周期性加速度,确定加速度阈值,再结合计次频率实现不同动作下的自适应计数。测试结果... 详细信息

设计了一种可以测试2min原地高抬腿和30s坐站动作的可穿戴集成系统。检测方法采用改进的自适应峰值计次算法,该算法根据测试者做高抬腿和坐站动作时的周期性加速度,确定加速度阈值,再结合计次频率实现不同动作下的自适应计数。测试结果表明:该算法能够自动识别并去除不标准动作,计次准确率基本满足体质检测的要求。

关键词：可穿戴传感器体质检测自适应峰值检测集成设计

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考虑能耗的电磁主动悬架LQR控制策略

西南交通大学学报 2023年第4期58卷 754-760,798页

作者：孙凤邢大壮周冉金俊杰徐方超沈阳工业大学机械工程学院辽宁沈阳110870

为改善车辆电磁主动悬架功率过大的问题,提出一种考虑能耗的改进线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)控制策略.首先,介绍电磁主动悬架的结构,由等效磁路法得出直线电机的推力模型,再建立电磁主动悬架的动力学模型;其次,... 详细信息

为改善车辆电磁主动悬架功率过大的问题,提出一种考虑能耗的改进线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)控制策略.首先,介绍电磁主动悬架的结构,由等效磁路法得出直线电机的推力模型,再建立电磁主动悬架的动力学模型;其次,在传统的LQR加权系数优化模型基础上提出增加有关能耗的约束条件,设计了一种改进LQR控制策略;最后,使用MATLAB/Simulink进行仿真,通过主动力大小进行控制器正确性的验证,并对比分析随机路面下的能耗与动力学效果.结果表明:改进LQR控制策略的主动力大小符合优化时约束的概率最低为99.89%;改进LQR控制策略与原LQR控制策略相比,功率均方根降低80.29%,悬架动行程均方根没有明显差别,轮胎动变形均方根优于原LQR控制策略约5%,车身垂向加速度降幅最低仍能达到原LQR控制策略的50%.

关键词：直线电机悬架 LQR控制优化随机路面

基于滑轮组和永磁弹簧的变刚度关节设计与控制

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农业机械学报 2023年第1期54卷 432-439页

作者：张明马鹏菲孙凤孙兴伟徐方超房立金沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870 东北大学机器人科学与工程学院沈阳110169

基于永磁弹簧、滑轮组和类行星轮系结构提出了一种新型的绳索驱动变刚度机器人肘关节。阐述了关节中应用的原理和样机整体结构设计。利用模型间静力学关系和雅可比矩阵推导得到关节的刚度模型,并给出了关节刚度随磁弹簧刚度和关节位置... 详细信息

基于永磁弹簧、滑轮组和类行星轮系结构提出了一种新型的绳索驱动变刚度机器人肘关节。阐述了关节中应用的原理和样机整体结构设计。利用模型间静力学关系和雅可比矩阵推导得到关节的刚度模型,并给出了关节刚度随磁弹簧刚度和关节位置变化规律。以变刚度关节的动力学模型为基础,设计了变刚度肘关节的刚度与位置解耦控制器。通过变刚度关节的刚度和位置解耦验证实验,验证了解耦控制器的准确性。通过轨迹跟踪实验,给出了关节刚度变化对关节位置控制的影响规律。本文提出的绳驱变刚度肘关节具有更轻的质量与结构,较好的刚度变化性能与运动精度。

关键词：肘关节变刚度永磁弹簧滑轮组线绳驱动

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可变磁路式永磁悬浮平台的起浮控制方法

西南交通大学学报 2022年第3期57卷 531-539页

作者：孙凤裴文哲金俊杰赵川徐方超张明沈阳工业大学机械工程学院辽宁沈阳110870

磁悬浮技术应用于超洁净传送,可有效减少粉尘污染.可变磁路式永磁悬浮平台具有低功耗、抗吸附的特性,可避免电磁悬浮传送平台温升大和混合磁悬浮平台安全性差的弊端.为解决永磁悬浮平台起浮过程易发散的问题,提出并验证分散控制、集中... 详细信息

磁悬浮技术应用于超洁净传送,可有效减少粉尘污染.可变磁路式永磁悬浮平台具有低功耗、抗吸附的特性,可避免电磁悬浮传送平台温升大和混合磁悬浮平台安全性差的弊端.为解决永磁悬浮平台起浮过程易发散的问题,提出并验证分散控制、集中控制和积分分离法3种起浮控制方法.首先,分析可变磁路式永磁悬浮平台的磁力控制原理,建立系统动力学模型,并采用分散控制实现悬浮平台起浮;然后,针对起浮后平台倾斜的问题,提出了三自由度集中控制方法,其中平台的垂向控制为PD (proportional differential),侧倾与俯仰方向为PID(proportional integral differential);最后,应用积分分离法进行分段控制,以实现垂向的精确定位.研究结果表明:集中控制方法实现了平台倾斜角的自纠偏,可有效解决分散控制下各磁极磁力特性差异引起的平台倾斜问题,调节时间为0.5 s;垂向采用积分分离方法后,平台垂向的稳态误差由0.23 mm可减小为0,调节时间为3.0 s.

关键词：磁悬浮系统永磁体分散控制集中控制

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一种高静-低动刚度磁弹簧的建模与特性分析

西南交通大学学报 2023年第4期58卷 933-939,946页

作者：张明谢延松李洪涛孙凤徐方超张磊沈阳工业大学机械工程学院辽宁沈阳110870 辽宁科技学院机械工程学院辽宁本溪117004

为解决低频隔振领域存在的低固有频率和高承载力之间的矛盾,设计了一种新型高静-低动刚度磁弹簧元件.首先,基于电磁场理论和分子电流法建立磁弹簧的弹簧力和刚度模型;其次,建立系统的动力学模型,同时分析线圈通入不同电流时对位移传递... 详细信息

为解决低频隔振领域存在的低固有频率和高承载力之间的矛盾,设计了一种新型高静-低动刚度磁弹簧元件.首先,基于电磁场理论和分子电流法建立磁弹簧的弹簧力和刚度模型;其次,建立系统的动力学模型,同时分析线圈通入不同电流时对位移传递率的影响,并与等效线性弹簧进行比较;最后,研制实验样机并进行实验研究.仿真与实验结果表明:磁弹簧气隙-刚度曲线呈先平缓后急剧的非线性关系,具有明显的高静-低动刚度特性;其刚度与电流近似线性关系,磁弹簧可通过改变电流实现较大范围的刚度调整,且刚度响应迅速;在未通入电流时,相对于等效线性弹簧,起始隔振频率和传递率峰值降低26%,在通入负向额定电流时,起始隔振频率和传递率峰值降低了41%.

关键词：低频隔振高静-低动磁弹簧电流非线性

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考虑能耗的电磁主动悬架LQR控制

西南交通大学学报 2023年

作者：孙凤邢大壮周冉金俊杰徐方超沈阳工业大学机械工程学院

为改善车辆电磁主动悬架能耗过大的问题，本文提出一种考虑能耗的改进线性二次型调节器（linear quadratic regulator，LQR）控制。首先，介绍电磁主动悬架的结构，由等效磁路法得出直线电机作动器的推力模型，再建立电磁主动悬架的动... 详细信息

为改善车辆电磁主动悬架能耗过大的问题，本文提出一种考虑能耗的改进线性二次型调节器（linear quadratic regulator，LQR）控制。首先，介绍电磁主动悬架的结构，由等效磁路法得出直线电机作动器的推力模型，再建立电磁主动悬架的动力学模型。其次，在传统的LQR加权系数优化模型基础上，提出增加有关能耗的约束条件，设计了一种改进LQR控制。最后，使用MATLAB/Simulink进行仿真，通过主动力大小进行控制器正确性的验证，并对比分析随机路面下的能耗与动力学效果。结果表明，改进LQR控制的主动力符合设计约束的概率在99.89%以上。改进LQR控制与原LQR控制相比，功率均方根降低80.29%；在此前提下，悬架动行程均方根与原LQR没有明显差别，轮胎动变形均方根优于原LQR控制约5%，车身垂向加速度均方根改善效果仍能达到原LQR的50%以上。

关键词：直线电机悬架 LQR控制优化随机路面

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永磁悬浮平台的分散串级控制方法

西南交通大学学报 2022年第3期57卷 618-626页

作者：赵川孙凤裴文哲金俊杰徐方超张晓友沈阳工业大学机械工程学院辽宁沈阳110870 日本工业大学机械工学院日本埼玉345-8501

针对各悬浮单元磁力特性差异导致的倾斜问题,设计一种用于无接触传送的永磁悬浮平台,提出了具有气隙偏差积分反馈的分散式串级控制方法.首先,分析了悬浮平台的动力学模型与平衡条件,获得各悬浮单元气隙与平台三自由度之间的变换关系;其... 详细信息

针对各悬浮单元磁力特性差异导致的倾斜问题,设计一种用于无接触传送的永磁悬浮平台,提出了具有气隙偏差积分反馈的分散式串级控制方法.首先,分析了悬浮平台的动力学模型与平衡条件,获得各悬浮单元气隙与平台三自由度之间的变换关系;其次,根据悬浮单元系统特点设计了双闭环串级控制系统,外环是以气隙为被控对象的主调节回路,内环是以转角为被控对象的随动回路,并引入气隙偏差进行积分反馈;最后,通过悬浮实验进行验证.结果表明:引入积分反馈后,起浮后各磁悬浮单元气隙一致,向不同位置施加0.1 kg重物,各悬浮单元气隙同步增大0.12 mm;悬浮平台能够通过调节内环转角弥补磁力特性差异并实现偏载下水平悬浮,但系统的调节时间比无积分反馈的分散串级控制系统增加约1.4倍.

关键词：磁悬浮 PD控制串级控制系统积分反馈