搜索離心機永磁軸承仿真系統自動化建模研究與實現
2013-05-07 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
作者: 郭克希 饒顯俊 來源: 萬方數據
關鍵字: 離心機 永磁軸承 自動化建模 solidworks 2008 VB
根據離心機轉子系統的工作愿理,用一種新型的永磁軸承替代傳統的滾動軸承,在離心機磁軸承試驗仿真系統的結構模塊中,采用尺寸取動的方法,利用VB語言,對三維軟件SolidWorks進行二次開發(fā),永磁軸承的模型可以通過用戶界面操作自動建立。這對永磁軸承的推廣應用、系列化開發(fā)具有重要的意義。
離心分離技術是一種廣泛采用的提純手段,一定程度上,純度與離心機轉子轉速密切相關。由于受到傳統滾動軸承機械性能的限制,目前國內離心機轉速不超過22 000 r/min。永磁軸承具有高速度、高精度、無磨損、低功耗等優(yōu)良特性,可以滿足轉子轉速為25000-10000r/min的高速離心機分離提純的使用要求,也可廣泛用于生物技術、航天航空、機械加工、轉子動力學特性辨識與測試等領域,有著廣闊的市場應用前景。到目前為止,對永磁軸承的性能研究已經做了多方面工作,其結構設計及系列化,也是永磁軸承應用推廣的一個研究問題。本文中所研究的離心機永磁軸承試驗仿真系統中的永磁軸承模型,就是根據永磁軸承的作用原理,設計出軸承的結構,利用三維設計軟件SolidWorks建立永磁軸承參數化模型,進而利用VB語言編程和API ( Application Programming Interface)接口函數進行SolidWorks的二次開發(fā),實現了永磁軸承模型的自動建立,為永磁軸承有限元分析提供了三維仿真模型。
1離心機轉子系統
離心機的提純精度受轉子轉速的限制,而軸承的承載能力又是選用高性能的動力驅動設備的一個瓶頸條件。由于傳統的滾動軸承承載能力有限,以期離心機的轉子系統能達到更高轉速,用永磁軸承來替代傳統的滾動軸承,是解決該問題的一個具有研究潛力的方法。用永磁軸承支撐的離心機轉子主軸系統如圖1所示。永磁軸承的結構具有徑向和止推的雙向作用。根據目前國內外對磁性材料的研究,永磁軸承的定子和轉子材料選用稀土釹鐵硼(NeFeB)高強度的永磁材料。
2離心機永磁軸承試驗仿真系統
離心機永磁軸承試驗仿真系統是離心機中永磁軸承的結構設計與性能分析的模擬試驗系統,利用仿真技術和程序設計開發(fā)工具,對所設計的永磁軸承進行有效試驗仿真,為永磁軸承的設計提供依據。離心機磁軸承試驗仿真系統包括:人機交互接口、結構設計、仿真分析、結果處理4個部分。結構設計中又包括零部件設計、裝配體設計和工程圖3個部分。該仿真系統的設計是以永磁軸承零部件和裝配體為研究對象,它也是有限元分析和虛擬樣機試驗的基礎。因此,軸承零部件模型的建造與裝配至關重要,直接影響永磁軸承的靜動特性分析,是離心機永磁軸承仿真系統的關鍵技術。
該試驗仿真系統具有良好的人機交互界面,如圖2所示。進入到仿真系統的結構設計模塊,用戶只需要輸入結構的參數,系統便可以自動建模,如圖3所示。
3 永磁軸承結構設計自動建模
3.1 永磁軸承庫建模的流程
永磁軸承庫的建模流程是進行建模的基本依據,引導設計的先后步驟一個優(yōu)化的建模流程,可以使得永磁軸承庫的設計步驟明確、內容完備。在該試驗仿真系統的永磁軸承庫模塊中,建模采用樹杈形式的建模流程,磁力軸承庫是樹根節(jié)點,推力軸承、向心軸承和向心推力軸承3種系列作為其1級分支,各種形式的軸承又有2個2級分支,在利用SolidWorks軟件建模時,每一種軸承模型又包括零部件圖、工程圖和爆炸動作圖3個部分作為3級分支。該永磁軸承庫建模具體的流程圖如圖4所示,圖中省略號表示該級分支內容與同系列的軸承該級分支內容相同。
3.2 建立參數化模型
首先在solidworks軟件環(huán)境中建立永磁軸承的特征模型。以圖4所示的永磁軸承庫建模的流程圖為依據,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,來說明參數化模型的建立過程。
參數化建模是在特征建模的基礎上形成的。通過SolidWorks【工具/宏操作】中選擇"錄制",就可
以對生成模型的過程進行宏文件和應用程序的生成。根據永磁軸承的結構,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。采用由內至外的順序,裝配體總體上可分為以永磁軸承轉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。最后對特征模型所標注的尺寸名稱進行修改,尺寸的名稱盡量是有意義的表達,便于二次開發(fā)時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程的關鍵函數,確定關鍵常數,弄清楚關鍵常數的變化對實體模型的影響,把關鍵常數用變量來替換,刪除宏文件中不必要的操作過程,一個參數化的永磁軸承模型便建立了。
3.3仿真系統永磁軸承自動建模的實現
仿真系統中永磁軸承的自動建模是通過利用VB語言對SolidWorks的二次開發(fā)實現的。先要在VB集成環(huán)境中,通過命令【工程/引用】對話框中勾選solidworks 2006 Type Library完成有關類型庫的引用,才能通過ActiveX Automation訪問SolidWorks提供的主要對象。在VB編輯器中修改宏程序,利用尺寸驅動法的原理,將零件的尺寸標注看作變量,通過尺寸參數值的變化來生成結構相同而參數不同的零件族。如圖5所示的永磁軸承的仿真模型,部分自動建模程序如下:
以上的代碼就是自動建模裝配實現的基礎,具體的實例如圖3所示。當用戶輸入要求的參數后,可以在指定區(qū)域預覽到三維模型。把二次開發(fā)的應用程序打包,制作成可執(zhí)行文件,便可以安裝運行。
4.結束語
在離心機永磁軸承仿真系統的結構模塊中,零部件的自動裝配是一個關鍵點。利用SolidWorks三維設計軟件與VB語言編程相結合,實現永磁軸承模型的自動建立,目前,國內對永磁軸承性能、材料及有限元分析等研究已經做了很多工作,但是永磁軸承結構如何實現系列化建模有待解決。本文的研究不僅是離心機永磁軸承仿真系統的基礎,也豐富了高速離心機和永磁軸承的研究內容,為提高離心機轉子轉速的研究探索新的設計分析方法提供參考。
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