永磁同步电主轴电磁力产生机理及振动特性研究

发布时间：2017-05-11 03:07

  本文关键词：永磁同步电主轴电磁力产生机理及振动特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：永磁同步电主轴是高速加工技术的核心部件,电主轴的径向电磁力引起的电磁振动是影响高速电主轴加工精度的最主要原因。因此本文对永磁同步电主轴电磁力产生机理进行了深入的理论分析,结果表明存在气隙磁场中相互作用的基波磁场和一系列谐波磁场形成了径向和切向的电磁力。本文利用有限元方法研究了永磁同步电主轴的电磁力和振动特性,主要内容包括电磁场分析、模态分析、结构参数分析等几个方面。利用有限元分析软件对永磁同步电主轴二维电磁场进行了建模和求解,得到永磁同步电主轴气隙内的磁通密度、磁力线分布以及磁密云图。再通过麦克斯韦应力张量法算出作用在永磁同步电主轴定子内表面上的径向电磁力及转子表面的切向电磁力,并对其进行谐波分析和频谱分析,发现永磁同步电主轴定子齿表面的径向电磁力的低次谐波是引起其电磁振动的主要原因。利用Ansys Workbench有限元软件建立了永磁同步电主轴三维模型,对永磁同步电主轴定子铁心、端盖和整机进行模态仿真,分析其固有频率和振型。并将得到的结果与永磁同步电主轴振动径向电磁力波的频率成分进行对比,没有发现共振现象。对不同结构参数的模型永磁同步电主轴进行对比分析,总结了永磁同步电主轴的槽口宽度、槽肩高度和极弧系数等结构参数对永磁同步电主轴径向电磁力谐波和振动特性的影响规律。为了提高永磁同步电主轴电磁转矩,减小振动噪声,提出了一种楔形气隙结构。利用有限元软件对均匀气隙和楔形气隙永磁同步电主轴模型进行了仿真分析,将以上两种气隙结构模型的电主轴转矩和径向力进行了对比,得出楔形气隙结构对提高永磁同步电主轴转矩密度、减小振动噪声有明显的作用。
【关键词】：永磁同步电主轴 电磁力 振动特性 模态分析
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题的研究背景及意义9-10
• 1.2 永磁同步电主轴国内外研究现状及发展趋势10-13
• 1.2.1 永磁同步电主轴概述10-12
• 1.2.2 永磁同步电主轴国内外研究现状及发展趋势12-13
• 1.3 永磁同步电主轴电磁力与振动特性研究综述13-16
• 1.3.1 永磁同步电主轴电磁力研究发展概况13-14
• 1.3.2 永磁同步电主轴振动特性研究现状14-16
• 1.4 本课题主要研究内容16-17
• 第2章 永磁同步电主轴电磁力产生机理及振动理论17-24
• 2.1 永磁同步电主轴气隙磁场17-19
• 2.1.1 气隙总磁动势17-18
• 2.1.2 气隙磁导18-19
• 2.2 永磁同步电主轴电磁力产生机理19-22
• 2.3 永磁同步电主轴振动模态理论22-24
• 第3章 永磁同步电主轴电磁场有限元分析24-33
• 3.1 永磁同步电主轴电磁力计算24-27
• 3.1.1 永磁同步电主轴电磁场有限元模型24-26
• 3.1.2 永磁同步电主轴电磁场有限元求解26-27
• 3.2 永磁同步电主轴电磁场有限元结果分析27-32
• 3.2.1 永磁同步电主轴气隙磁密分析28-29
• 3.2.2 永磁同步电主轴径向电磁力波分析29-30
• 3.2.3 永磁同步电主轴转矩分析30-32
• 3.3 本章小结32-33
• 第4章 永磁同步电主轴结构模态及振动特性分析33-42
• 4.1 定子铁心振动模态的有限元分析33-35
• 4.2 端盖振动模态的有限元分析35-39
• 4.3 整机振动模态的有限元分析39-41
• 4.4 本章小结41-42
• 第5章 结构参数变化对永磁同步电主轴振动特性的影响42-51
• 5.1 改变永磁同步电主轴定子的结构参数42-45
• 5.1.1 槽口宽度对永磁同步电主轴振动特性的影响42-43
• 5.1.2 槽肩高度对永磁同步电主轴振动特性的影响43-45
• 5.2 改变永磁同步电主轴转子的结构参数45-50
• 5.2.1 转子不规则轮廓对永磁同步电主轴振动特性的影响45-48
• 5.2.2 转子极弧系数改变对永磁同步电主轴振动特性的影响48-50
• 5.3 本章小结50-51
• 第6章 结论51-52
• 参考文献52-55
• 在学研究成果55-56
• 致谢56

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本文编号：356085