磁力轴承参数化结构设计研究

副标题#e#    磁力轴承是由磁悬浮技术发展而产生的一种高性能机电一体化轴承，它是利用磁场力作用将转子悬浮于空间，使转子与定子之间没有机械接触的一种新型高性能轴承。与普通轴承相比，磁力轴承具有高速度、高精度、无磨损、无润滑、无污染、低功耗等优良特性。
   
    到目前为止，磁力轴承尚未得到广泛应用，除了承载力和刚度因素的制约外，一个重要的原因是磁力轴承结构和控制参数必须根据具体的应用对象进行设计，设计过程复杂，运用工具众多，未能形成标准化和系列化。
   
    磁力轴承设计系统涵盖了结构设计、磁场分析、温度场分析、模态分析、控制仿真等众多模块，本文通过对磁力轴承参数化设计的研究，以湖北省数字制造重点实验室自主研发的磁力轴承为例，介绍磁力轴承的参数化设计方法，通过研究为磁力轴承个性化设计提供结构部分的解决思路。
   
    1参数化技术
   
    参数化设计，也称为尺寸驱动，就是将设计要求、设计原则、设计方法和设计结果用灵活可变的参数来表示，是一种使用参数快速构造和修改几何模型的造型方法。这些参数包括形体尺寸、方向等几何参数及其它非几何参数。一般而言，实现参数化设计有两种途径，一种是在通用CAD软件基础上进行二次开发，这种方法对简单单个零件的设计是可行的，但对磁力轴承这样的大型复杂产品的整套产品图而言，参数化设计仅仅依靠二次开发是非常困难的;另一种方法是针对专门开发磁力轴承单位单独"定制开发"一套CAD软件，即开发湖北省数字制造重点实验室产磁力轴承专用参数化设计软件，实践证明这种方法是可行的。
   
    2 磁力轴承结构参数化设计方法
   
    磁力轴承结构参数化设计是一项系统性非常强的大型软件工程项目，它是机械设计专业技术、计算机CAD图形技术、数据库技术、有限元分析等交叉运用的结果，是一项科技含量非常高的综合性课题。但是设计结构参数化系统考虑到整个磁力轴承的设计，磁力轴承的热分析、磁场分析、控制仿真的结果都会促使用户不断地对结构设计方案进行调整，因此对磁力轴承的设计全过程进行研究后可对磁力轴承的设计过程进行描述，见图1所示。

    本文仅从计算机CAD图形技术、数据库技术、以及参数化在磁力轴承产品结构设计中的实际运用等方面作系统性论述。
   
    2. 1磁力轴承结构参数化网络图
   
    参数化设计与一般的结构设计不同，参数化设计的核心在于确定不同结构尺寸之间的关联性，很多零件的尺寸不是独立的，和其他零件的设计是有相关性的。在进行磁力轴承参数化时，需根据磁力轴承的结构特点绘制参数化网络图(见图2)。绘制磁力轴承结构参数化网络图的目的是为了将各部分之间的衔接尺寸清晰地表达出来，以便能快速查找和设置相关尺寸。同时磁力轴承在设计之前必须明确设计的技术要求。