機(jī)械專業(yè)畢業(yè)論文開題報(bào)告
開題報(bào)告是指開題者對(duì)科研課題的一種文字說明材料。這是一種新的應(yīng)用寫作文體，這種文字體裁是隨著現(xiàn)代科學(xué)研究活動(dòng)計(jì)劃性的增強(qiáng)和科研選題程序化管理的需要而產(chǎn)生的。小編整理了機(jī)械專業(yè)畢業(yè)論文開題報(bào)告，希望對(duì)你有用。
1 課題提出的背景與研究意義
1.1 課題研究背景
在數(shù)控機(jī)床移動(dòng)式加工中移動(dòng)部件和靜止導(dǎo)軌之間存在著摩擦，這種摩擦的存在增加了驅(qū)動(dòng)部件的功率損耗，降低了運(yùn)動(dòng)精度和使用壽命，增加了運(yùn)動(dòng)噪聲和發(fā)熱，甚至可能使精密部件變形，限制了機(jī)床控制精度的提高。由于摩擦與運(yùn)動(dòng)速度間存在非線性關(guān)系，特別是在低速微進(jìn)給情況下，這種非線性關(guān)系難以把握，可能產(chǎn)生所謂的尺蠖運(yùn)動(dòng)方式或混沌不清的極限環(huán)現(xiàn)象，嚴(yán)重破壞了對(duì)微進(jìn)給、高精度、高響應(yīng)能力的進(jìn)給性能要求。為此，把消除或減少摩擦的不良影響，作為提高機(jī)床技術(shù)水平的努力方向之一。該課題提出的將磁懸浮技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床加工中，即可以做到消除移動(dòng)部件與靜止導(dǎo)軌之間存在的摩擦及其不良影響。對(duì)提高我國機(jī)床工業(yè)水平及趕上或超過國際先進(jìn)水平具有重大意義，且社會(huì)應(yīng)用前景廣闊。
1.2課題研究的意義
機(jī)床正向高速度、高精度及高度自動(dòng)化方向發(fā)展。但在高速切削和高速磨削加工場合，受摩擦磨損的影響，傳統(tǒng)的滾動(dòng)軸承的壽命一般比較短，而磁懸浮軸承可以克服這方面的不足，磁懸浮軸承具有的高速、高精度、長壽命等突出優(yōu)點(diǎn)，將逐漸帶領(lǐng)機(jī)電行業(yè)走向一個(gè)沒有摩擦、沒有損耗、沒有限速的嶄新境界。超高速切削是一種用比普通切削速度高得多的速度對(duì)零件進(jìn)行加工的先進(jìn)制造技術(shù)，它以高加工速度、高加工精度為主要特征，有非常高的生產(chǎn)效率，磁懸浮軸承由于具有轉(zhuǎn)速高、無磨損、無潤滑、可靠性好和動(dòng)態(tài)特性可調(diào)等突出優(yōu)點(diǎn)，而被應(yīng)用于超高速主軸系統(tǒng)中。要實(shí)現(xiàn)高速切削，必須要解決許多關(guān)鍵技術(shù)，其中最主要的就是高速切削主軸系統(tǒng)，而選擇合理的軸承型式對(duì)實(shí)現(xiàn)其高轉(zhuǎn)速至關(guān)重要。其中，磁懸浮軸承是高速切削主軸最理想的支承型式之一。磁懸浮軸承可以滿足超高速切削技術(shù)對(duì)超高速主軸提出的性能要求。但它與普通滑動(dòng)或滾動(dòng)軸承的本質(zhì)區(qū)別在于，系統(tǒng)開環(huán)不穩(wěn)定，需要實(shí)施主動(dòng)控制，而這恰恰使得磁懸浮軸承具有動(dòng)特性可控的優(yōu)點(diǎn)磁懸浮軸承是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電磁一體化產(chǎn)品，對(duì)其精確的分析研究是一項(xiàng)相當(dāng)困難的工作，如果用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證則會(huì)碰到諸如經(jīng)費(fèi)大、周期長等困難，在目前國內(nèi)情況下不能采取國外以試驗(yàn)為主的研究方法，主要從理論上進(jìn)行研究，利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)磁懸浮控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真是一種獲得磁懸浮系統(tǒng)有關(guān)特征簡便而有效的方法。這就是本課題的研究目的和意義。
2 本課題國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀
磁懸浮軸承的應(yīng)用與發(fā)展可以說是傳統(tǒng)支承技術(shù)的革命。由于具有無機(jī)械接觸和可實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制兩個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)，主動(dòng)磁懸浮軸承技術(shù)從一開始就引起了人們的重視。磁懸浮軸承的研究最早可追溯到1937年，Holmes和Beams利用交流諧振電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋼球的懸浮。自1988年起，國際上每兩年舉行一屆磁懸浮軸承國際會(huì)議，交流和研討該領(lǐng)域的最新研究成果；1990年瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院提出了柔性轉(zhuǎn)子的研究問題，同年G.Schweitzer教授提出了數(shù)字控制問題；1998年瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的R.Vuillemin和B.Aeschlimann等人提出了無傳感器磁懸浮軸承。近十年，瑞士、美國、日本等國家研制的電磁懸浮軸承性能指標(biāo)已經(jīng)很高，并且已成功應(yīng)用于透平機(jī)械、離心機(jī)、真空泵、機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，電磁懸浮軸承技術(shù)在航空航天、計(jì)算機(jī)制造、醫(yī)療衛(wèi)生及電子束平版印刷等領(lǐng)域中也得到了廣泛的應(yīng)用。縱觀2006年在洛桑和托里諾召開的第10界國際磁軸承研討會(huì)，磁軸承主要應(yīng)用研究為磁軸承在高速發(fā)動(dòng)機(jī)、核高溫反應(yīng)堆（HTR-10GT）、人造心臟和回轉(zhuǎn)儀等方面。國內(nèi)在磁懸浮軸承技術(shù)方面的研究起步較晚，對(duì)磁懸浮軸承的研究起步于80年代初。
1983年上海微電機(jī)研究所采用徑向被動(dòng)、軸向主動(dòng)的混合型磁懸浮研制了我國第一臺(tái)全懸浮磁力軸承樣機(jī)；1988年哈爾濱工業(yè)大學(xué)的陳易新等提出了磁力軸承結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論和方法，建立了主動(dòng)磁力軸承機(jī)床主軸控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，這是首次對(duì)主動(dòng)磁力軸承全懸浮機(jī)床主軸從結(jié)構(gòu)到控制進(jìn)行的系統(tǒng)研究；1998年，上海大學(xué)開發(fā)了磁力軸承控制器（600W）用于150m制氧透平膨脹機(jī)的'控制；2000年清華大學(xué)與無錫開源機(jī)床集團(tuán)有限公司合作，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)圓磨床磁力軸承電主軸的工廠應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。目前，國內(nèi)清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、國防科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等等都在開展磁懸浮軸承方面的研究。2002年清華大學(xué)朱潤生等對(duì)主動(dòng)磁懸浮軸承主軸進(jìn)行磨削試驗(yàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速60000r／min、法向磨削力100N左右時(shí)，精度達(dá)到小于8m的水平，精磨磨削效率基本達(dá)到工業(yè)應(yīng)用水平。2003年6月，南京航空航天大學(xué)磁懸浮應(yīng)用技術(shù)研究所研制的磁懸浮干燥機(jī)的性能指標(biāo)已通過江蘇省技術(shù)鑒定，向工業(yè)應(yīng)用邁出了可喜的一步。2005年“濟(jì)南磁懸浮工程技術(shù)研究中心”研制的磁懸浮軸承主軸設(shè)備，在濟(jì)南第四機(jī)床廠做磨削試驗(yàn)，成功磨制出一個(gè)內(nèi)圓孔工件，這是我國第一個(gè)用磁懸浮軸承主軸加工的工件。此項(xiàng)技術(shù)填補(bǔ)了國內(nèi)空白。近幾年來，由于微電子技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，磁懸浮軸承的研究也取得了巨大進(jìn)展。
從總體上看，磁懸浮軸承技術(shù)正向以下幾個(gè)方向發(fā)展：
(1)理論分析更注重系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析，更多地運(yùn)用非線性理論對(duì)主動(dòng)
磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的平衡點(diǎn)和穩(wěn)定性進(jìn)行分析；更注重建立系統(tǒng)的非線性耦合模型以求得更好的性能。
(2)注重系統(tǒng)的整體優(yōu)化設(shè)計(jì)，不斷提高其可靠性和經(jīng)濟(jì)性，以期獲得磁懸浮軸承更加廣泛的應(yīng)用前景。
(3)控制器的實(shí)現(xiàn)越來越多的采用數(shù)字控制。為達(dá)到更高的性能要求，控制器的數(shù)字化、智能化、集成化成為必然的發(fā)展趨勢。由于數(shù)字控制器的靈活性，各種現(xiàn)代控制理論的控制算法均在磁懸浮軸承上得到嘗試。
(4)發(fā)展了多種新型磁懸浮軸承如：無傳感器磁懸浮軸承、無軸承電機(jī)超導(dǎo)磁懸浮軸承、高溫磁懸浮軸承。此外，磁懸浮機(jī)床主軸在各方面也有較大的發(fā)展空間如：高潔凈鋼材Z鋼和EP鋼的引入；陶瓷滾動(dòng)體，重量比鋼球輕40%；潤滑技術(shù)的開發(fā)，對(duì)于高速切削液的主軸，油液和油霧潤滑能有效防止切削液進(jìn)入主軸；保持架的開發(fā)，聚合物保持架具有重量，自潤滑及低摩擦系數(shù)的特點(diǎn)從應(yīng)用的角度看，磁懸浮軸承的潛力尚未得到的發(fā)掘，而它本身也未達(dá)到替代其它軸承的水平，設(shè)計(jì)理論，控制方法等都有待研究和解決。
3 課題的研究目標(biāo)與研究內(nèi)容
3.1 研究目標(biāo)
控制器是主動(dòng)控制磁懸浮軸承研究的核心，因此正確選擇控制方案和控制器參數(shù)，是磁懸浮軸承能夠正常工作和發(fā)揮其優(yōu)良性能的前提。該課題主要研究單自由度磁懸浮系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單，性能評(píng)判相對(duì)容易、研究周期短，并且可以擴(kuò)展到多自由度磁懸浮系統(tǒng)的研究。針對(duì)磁懸浮主軸系統(tǒng)的非線性以及在控制方面的特點(diǎn)，該課題探索出提高系統(tǒng)總體性能和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的有效控制策略。
3.2 主要研究內(nèi)容
�。�1）闡述課題的研究背景與意義，對(duì)國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究狀況進(jìn)行綜述。
（2）對(duì)磁懸浮機(jī)床主軸的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行分析，并將其數(shù)值化、離散、解耦和降階等，為后續(xù)研究
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