电主轴非接触电磁加载分析及改进

发布时间：2020-10-31 18:25

　　 随着现代工业的不断发展,电主轴在工业生产,尤其是在数控机床领域变得越来越重要。近年来,人们对数控机床性能要求的不断提高,使得电主轴成为了重点研究对象。在实验室中模拟实际工况对电主轴进行加载试验,成为其可靠性分析研究的一种有效方法。本文对现有的国内外电主轴加载试验进行了系统了解、介绍,分析总结了各种加载装置的优缺点。针对自主研制的电主轴非接触电磁加载装置,本文以麦克斯韦方程组为基础,分析计算了其静态电磁力,并在有限元中进行了验证;应用电磁场理论对动态加载电磁场进行了分析,求解获得了径、切向加载电磁力与电流、转速的变化关系,并应用Ansoft Maxwell软件对其动态加载进行了仿真分析。分析研究了该电主轴非接触电磁加载装置工作时其涡流产生的根本原因,并计算了装置涡流损耗的大小;针对原加载装置在电主轴高速运转下涡流损耗大的缺点,本文提出叠片式加载装置。通过对叠片式加载装置进行整体积分,求解获得了叠片式加载装置的涡流损耗,从理论计算结果上说明了叠片式加载装置涡流损耗小的优点。在动态加载过程中加载盘会产生温升,本文基于热路与电路的相似性,分别建立了实心式、叠片式加载盘的等效热路图;分析计算了其各自温升与转速的关系,并在有限元中进行了瞬态温升仿真分析,两者结果基本一致,验证理论计算准确性的同时近一步说明了叠片式结构在抑制温升方面的优越性。对本项目自主研制的电主轴非接触电磁加载系统进行了实验,完成了径向加载电磁力、实心式加载盘温升数据的实时采集,并与理论计算及有限元仿真结果作了对比,说明了理论计算所建数学模型的正确性及仿真分析的可行性。本文研究为电主轴加载装置的性能提升及分析改进提供了一种参考。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG659
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
    1.2 电主轴加载试验发展现状
        1.2.1 国外电主轴加载技术研究现状
        1.2.2 国内电主轴加载试验发展现状
    1.3 本文主要研究内容和研究方案
2 实验装置介绍
    2.1 非接触电磁加载装置
        2.1.1 加载盘
        2.1.2 直流电磁铁
        2.1.3 电源
    2.2 测试部分
    2.3 冷却散热系统
    2.4 本章小结
3 加载电磁场及电磁力的求解
    3.1 电磁场的基本理论
        3.1.1 麦克斯韦方程组
        3.1.2 位函数及其微分方程
        3.1.3 电磁场中的边界条件
    3.2 静态加载电磁力的理论计算
    3.3 静态加载电磁力的有限元计算
        3.3.1 有限元分析基础
        3.3.2 有限元分析过程
    3.4 加载装置的动态加载电磁力分析
        3.4.1 动态电磁力的理论计算
        3.4.2 加载装置动态电磁场的求解
    3.5 加载装置的动态电磁力的有限元分析
    3.6 本章小结
4 涡流损耗的分析
    4.1 原装置涡流损耗的分析计算
    4.2 叠片式加载盘的涡流损耗分析
        4.2.1 叠片式加载装置中的磁场分析
        4.2.2 叠片式加载装置的涡流损耗
    4.3 叠片式加载盘涡流损耗的影响因素
    4.4 本章小结
5 加载装置的温升分析及实验测试
    5.1 传热的三大类别
    5.2 加载盘温升的分析计算
        5.2.1 实心式加载盘的温升分析
        5.2.2 叠片式加载盘的温升分析
    5.3 加载盘温升的有限元分析
        5.3.1 实心式加载盘温升的有限元分析
        5.3.2 叠片式加载盘温升的有限元分析
    5.4 非接触电磁加载试验
        5.4.1 径向加载电磁力的测试
        5.4.2 加载盘温升测试
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
在校期间研究成果

【参考文献】

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本文编号：2864330