基于有限元和实验的永磁同步电主轴模态分析.pdf

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1、·68·重型机械2016NO．5基于有限元和实验的永磁同步电主轴模态分析于慎波，王玮琦，钟双双，赵海宁，骆开军(沈阳工业大学机械工程学院，辽宁沈阳110870)摘要：振动和噪声是评价永磁同步电主轴运行平稳性的一个重要指标，避免电磁力与定子共振是电主轴动态设计过程中必须要考虑的因素。因此较准确地确定定子的固有频率就显得尤为重要。本文对一台功率为9．5kW的永磁同步电主轴的模态进行了有限元计算和实验测试。通过对各部件进行等效简化，建立了有限元仿真模型。其中对绕组进行两种方式的处理：一是建立简化模型；二是将其质量进行等效处理。之后对电主轴定子结构和

2、整机装配体电主轴单元的模态分别进行了有限元计算。最后借助丹麦B&K振动声学测试系统对电主轴进行实验模态分析，验证计算结果的准确性。关键词：永磁同步电主轴；模态分析；有限元法；B&K测试系统中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1001—196X(2016)05—0068—04ModalanalysisofpermanentmagnetsynchronousmotorizedspindlebasedonexperimentalandfiniteelementmethodYUShen—bo，WANGWei—qi，ZHONGShuang-s

3、huang，ZHA0Hai—ningLU0Kai-jun(SchoolofMechanicalEngineering，ShenyangUniversityofTechnology，Shenyang110870，China)Abstract：Thevibrationandnoisearealimportantindexappraisingstabilityofrunningforapermanentmag—netsynchronousmotorizedspindle(PMSMS)．While，itisaconsiderablefactortha

4、tresonancesbetweenmag—neticforcesandstatorareavoidedindynamicdesignofPMSMS．Therefore，itisavitalproblemtodeterminenaturefrequenciesofthestatoraccurately．Thispaperpresentsthatthemodesofa9．5kWPMSMSareinvesti-gatedbyfiniteelementmethod(FEM)andexperimentalmethod．Thefiniteelement

5、modelisconstructedbye—quivalentlysimplifiedeachparts．Therearetwosimplifiedmethodsaboutthewinding，establishingthewindingsimplifiedmode1．processingwindingmassequivalently．Themodesofstatorwith{ameandwholeassemblyspindleunitsarecalculatedbyusingFEM，respectively．Finally，theexper

6、imentalmodalanalysisofPMSMSiscompletedbyDenmarkB&Ktestsystemofvibrationandacoustics．Theaccuracyoftheoreticalmodalfrequencyvalueswasvalidated．Keywords：permanentmagnetsynchronousmotorizedspindle；modalanalysis；finiteelementmethod；B&KtestsystemU月lJ舌收稿日期：2015—10—20；修订日期：2015—1l一

7、23基金项目：国家自然科学基金资助项目(51175350)；沈阳市科永磁同步电主轴广泛应用于数控机床工业领技计划项目(F15—199—1—13)域中。振动是永磁同步电主轴在工作状态下的一作者简介：于慎波(1958一)，男，辽宁沈阳人，沈阳工业大学个主要问题，其不但影响轴承和转子等旋转部件机械工程学院教授，博士，研究方向为电机噪声与振动抑制技术、转子系统动力学、噪声与振动控制的使用寿命，也直接影响电主轴的加工精度。许等领域的研究工作。多文献都将电主轴的电磁力作为振动源进行研通讯作者：王玮琦(1990一)，男，辽宁沈阳人，沈阳工业大学究J。而永磁

8、同步电主轴在工作状态下由电磁机械工程学院在读硕士，研究领域为电机噪声与振动抑制技术。力激发产生共振频率时，振动幅值会不断增加，2016N0．5重型机械·69·甚至导