永磁同步电主轴转子动态特性分析

发布时间：2020-07-30 11:17

【摘要】：在当代高速制造加工技术不断发展的今天,较高的进给、切削速度以及高加工精度成为了制造业二次革命性飞跃的重要因素,高速加工技术已经成为世界各国竞相发展的趋势。电主轴作为现代高速加工中心的主要主轴形式,其具有使用寿命较长、回转精度较高、振动和噪音小、摩擦功耗小等等特点。本文的主要研究内容是对永磁同步电主轴转子进行临界转速计算以及不平衡响应分析,计算出永磁同步电主轴存在动态偏心时的不平衡磁拉力,进而考虑不平衡磁拉力对转子动态特性的影响。在进行永磁同步电主轴转子动态特性分析时,首先计算其临界转速,采用质量集中法将转子离散化,建立计算模型,利用VB编程计算转子相关的参数,添加时间因子t建立传递矩阵,借助于双重步QR求解方式,求出转子的临界转速绘制坎贝尔图,除此以外使用ANSYS传递矩阵法进行轴系临界转速分析计算,将两次计算结果进行对比,验证结果的正确性。其次模拟转子旋转速度在一阶、二阶临界转速时的振型,直观的分析转子旋转速度在临界转速附近时,各个质量点的振动情况,作为后续不平衡响应分析的基础。最后计算轴承刚度对转子临界转速的影响,得出规律,为永磁同步电主轴工作状态下轴承刚度的选择提供借鉴。在进行不平衡响应分析时,针对振动幅度较大的质量点进行细化分析,分别在转子不同位置附加质量偏心,得到转子轴承系统的不平衡响应,直观的分析质量偏心对电主轴响应造成的影响。在实际工作过程当中,转子在加工或是装配的过程当中一定会存在误差,当旋转速度达到一定值时涡动效应会导致转子存在偏心。永磁同步电主轴会由于存在偏心进而使得电磁力的密度分布不均匀,这种径向力的变化会产生不平衡磁拉力。这种不平衡磁拉力的作用会对转子的动态特性产生影响,相当于增加了一定的质量在转子上。本文在计算分析时将不同偏心存在的情况下电磁力计算出来,同时观察不同的不平衡磁拉力对转子的临界转速和不平衡响应造成的影响。最后借助于对数衰减率曲线,对转子轴承系统整体的稳定性进行初步分析。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG659
【图文】：

电主轴,实物

到如此转速的电主轴[6-8]。随后，由 Fisher 公司生产主轴，成为当中能够达到的最大转速。不但能够提高的速度也被提高将近 10 倍，且从一定程度上减少加工占鳌头的是瑞士 IBAG 公司，他们公司研制的电主时，还能够将扭矩达到 300N.m[10-13]。以上公司生产的电主轴以及数控机床的技术水平。不但具有较高的精撑的轴承也采用高刚度高速度的轴承，保证传递扭矩到的极限转速也很高。国家，我们国家对永磁同步电主轴的研究起步比较晚也取得了很大的进展，但是和国外发达国家的先进水速我国技术研究进程，近几年我国提出许多有利想法并极响应国家号召，成立各个科研技术小组对永磁同步和国外技术的差距。

转动惯量,等截面,质量,主轴

图 2.1 等截面轴段集总质量和转动惯量Fig.2.1 The lumped mass and the moment of inertia of the equal section axis ididddidiipipdpipiiidiiJJjlljllJJjljlmmll31()31()1()121211212121212121 当中，mi、Jpi和 Jdi分别代表集中到第 i 个结点处的质量、极转动惯；mi(d)、Jpi(d)和 Jdi(d)是轴上附加在质量点的质量和转动惯量。从下图某一主轴划分为截面不同的小轴段，将质量和转动惯量附加在轴的其中某一个轴段为 k，它所在的轴段质心到主轴左端的距离用 a 来表μklkμ1l1μslsjpkjdkjp1jd1jpsjdsmjLJpjLJdjL

模型图,转子-轴承系统,转动惯量,节点

skpkkkikRkpijlaLaaJ1222（ skpkkkikLikpijlaLaLaJ1222（ sk kdikikRkdijlllaLaaLaaJ13222121 （ kskdikikLikdijlllaLaaLaLaJ 13222121 （对于节点 i，其集总质量和转动惯量分别为：RiLidiiMMMM1() （RpiLpidpipiJJJJ,1() （RdiLdiddidiJJJJ,1() （

【参考文献】