高速电主轴动态及热特性研究.pdf

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1、高速电主轴动态及热特性研究杨锦锋(广州机电技师学院，广东广州510435)StudyontheDynamicandThermalPropertiesofHighSpeedMotorizedSpindleYANGJin—feng(GuangzhouElectricalandSeniorTechnicalSchool，Guangzhou510435，China)摘要：以高速加工中心用电主轴为研究对象，对1电主轴有限元模型的建立其动态特性进行了仿真分析，得到其低阶频率和振型，为电主轴的稳定性研究提供了理论依据。同时，以高速、大功率的铣削加工中心用电主轴为研分析

2、了转速、切削力和润滑方式等因素对电主轴温究对象。为了保证电主轴的刚度和高速特性，主轴度的影响。采用一端固定一端游动的支承方式，具体是主轴前关键词：电主轴；动态特性；热特性端为固定端，后端为游动端。支撑轴承采用陶瓷轴中图分类号：TH133承，预紧方式是定位预紧，即前、后端陶瓷轴承通过文献标识码：A外侧圆螺母对其进行定位，并施加一定的预紧力进文章编号：1001—2257(2012)02—0042—02行预拉伸。采用实体95号单元划分实体模型，得到Abstract：Inthispaper，weresearchedamotor—电主轴的有限元模型如图1所示。iz

3、edspindleusedinsmallelectricmachiningcen—ter．simulateditsdynamiccharacteristics。gotthelowfrequencyandvibrationmode，providedatheo—reticalbaseforthestabilityofmotorizedspindle．Aswell，researchedthereasonswhichcausedthetemperaturerisetothemotorizedspindle，suchasthespeed，cuttingforce，

4、lubricationandotherfac—图1电主轴有限兀模型tors．2电主轴模态特性仿真分析Keywords：motorizedspindle；dynamicproper—结构的固有振动特性就称为模态，每一个模态ty；thermalproperty都有预期对应的固有频率、阻尼和振型。获得固有频率、阻尼和振型的方法主要分为理论计算和试验，0引言这种经过计算、实验得到振动系统特征参数的过程就叫模态分析。模态分析可以发现结构的不足，预电主轴是高速机床的核心部件，将变频电机轴测系统的故障。因此，研究结构的低阶频率和振型和机床主轴合二为一就构成了电主轴。在

5、电主轴结有非常重要的意义。构中，各部件不存在类似皮带或齿轮传动的传动副，设M为质量矩阵；C为阻尼矩阵；K为度矩阵；从而实现机床主轴系统的“零传动”_】]。电主轴对现厂为结构所受外力。在有限元方法中，振动系统的代数控机床及高速加工技术的发展具有重要意义，方程¨2为：它不仅促进高速加工技术与机床的发展，使机床结Ma+Ca+Kn—f(1)构模块化，还能缩短机床研制周期，改善机床性能，当结构所受外力为0时，就可以利用有限元法提高其可靠性，实现某些高档数控机床的特殊要求。确定振动系统的固有频率和振型。收稿日期：2011—05—16将简化过的电主轴实体模型导入到AN

6、SYS·42·《机械与电子》2012(2)及中，将前端轴承处所有节点的自由度全部约束，后端表2感应电动机与负荷率及功率因数的关系轴承处所有节点只保留y方向的自由度，其它自由度全部约束起来，在求解器中采用子空间迭代法得到其低阶固有频率如表1所示。表1主轴各阶固有频率Hz图2为感应电动机损耗(损耗率)与负荷率的关系曲线，从图2可以看出，随着负荷率的增大，电动机的损耗率下降，电动机的功率损耗增大。对于功率小的感应电动机，在负荷率由25到满载范围内，电动机的功率损耗变化量不大。^槲耀耀暴口镱从表1可以看出，1、2、3阶固有频率相差非常小，基本没多大变化；5、6、

7、7阶固有频率也同在一个感应电动机负荷率档次上，主要表现是转自于定子部分的前后、上下和图2电动机损耗率与负荷率的关系曲线扭转；8、9、10阶固有频率几乎没变化，主要表现为3．2轴承发热影响因素转自于定子部分的挤压变形和扭转。轴承在高速运转过程中产生的摩擦现象很复判断一个系统是否稳定，就是看系统的固有频杂，而这些摩擦产生的热量加剧了电主轴的发热强率是否与外界激励的频率耦合而发生振动口]。该电度，直接影响它的热变形。轴承与轨道摩擦产生的主轴的发电机转速范围1040～2000r／rain，明显热量与电机传递给轴承的热量，加剧了轴承的温升要高于一阶频率对应的转速，

8、因此系统是稳定的。效应，加速轴承的磨损，致使轴承的精度降低，甚至发生金属粘结烧伤