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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)滾動軸承機(jī)械性能的限制，目前國內(nèi)離心機(jī)轉(zhuǎn)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(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)子動力學(xué)特性辨識與測試等領(lǐng)域，有著廣闊的市場應(yīng)用前景。到目前為止，對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)計及系列化，也是永磁軸承應(yīng)用推廣的一個研究問題。本文中所研究的離心機(jī)永磁軸承試驗仿真系統(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)計出軸承的結(jié)構(gòu)，利用三維設(shè)計軟件SolidWorks建立永磁軸承參數(shù)化模型，進(jìn)而利用VB語言編程和API ( Application Programming Interface)接口函數(shù)進(jìn)行SolidWorks的二次開發(fā)，實現(xiàn)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(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力驅(qū)動設(shè)備的一個瓶頸條件。由于傳統(tǒng)的滾動軸承承載能力有限，以期離心機(jī)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)能達(dá)到更高轉(zhuǎn)速，用永磁軸承來替代傳統(tǒng)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(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)目前國內(nèi)外對磁性材料的研究，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)永磁軸承試驗仿真系統(tǒng)
離心機(jī)永磁軸承試驗仿真系統(tǒng)是離心機(jī)中永磁軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能分析的模擬試驗系統(tǒng)，利用仿真技術(shù)和程序設(shè)計開發(fā)工具，對所設(shè)計的永磁軸承進(jìn)行有效試驗仿真，為永磁軸承的設(shè)計提供依據(jù)。離心機(jī)磁軸承試驗仿真系統(tǒng)包括:人機(jī)交互接口、結(jié)構(gòu)設(shè)計、仿真分析、結(jié)果處理4個部分。結(jié)構(gòu)設(shè)計中又包括零部件設(shè)計、裝配體設(shè)計和工程圖3個部分。該仿真系統(tǒng)的設(shè)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(jī)試驗的基礎(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)便可以自動建模，如圖3所示。
3 永磁軸承結(jié)構(gòu)設(shè)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(jìn)行建模的基本依據(jù)，引導(dǎo)設(shè)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(shè)計步驟明確、內(nèi)容完備。在該試驗仿真系統(tǒng)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(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(nèi)容與同系列的軸承該級分支內(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，來說明參數(shù)化模型的建立過程。
參數(shù)化建模是在特征建模的基礎(chǔ)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(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(guān)鍵函數(shù)，確定關(guān)鍵常數(shù)，弄清楚關(guān)鍵常數(shù)的變化對實體模型的影響，把關(guān)鍵常數(shù)用變量來替換，刪除宏文件中不必要的操作過程，一個參數(shù)化的永磁軸承模型便建立了。
3．3仿真系統(tǒng)永磁軸承自動建模的實現(xiàn)
仿真系統(tǒng)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(xiàn)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(guān)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(qū)動法的原理，將零件的尺寸標(biāo)注看作變量，通過尺寸參數(shù)值的變化來生成結(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，部分自動建模程序如下:
以上的代碼就是自動建模裝配實現(xiàn)的基礎(chǔ)，具體的實例如圖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
在離心機(jī)永磁軸承仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模塊中，零部件的自動裝配是一個關(guān)鍵點(diǎn)。利用SolidWorks三維設(shè)計軟件與VB語言編程相結(jié)合，實現(xiàn)永磁軸承模型的自動建立，目前，國內(nèi)對永磁軸承性能、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)和永磁軸承的研究內(nèi)容，為提高離心機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的研究探索新的設(shè)計分析方法提供參考。
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