电主轴非接触电磁加载分析及改进

作     者：康小丽 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘宏昭;曲国福

授予年度：2018年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：电主轴 电磁力 涡流损耗 叠片式 温升 

摘      要：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。