高速电主轴稳态温度场分析.pdf

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1、第5期组合机床与自动化加工技术No．52014年5月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueMay．2014文章编号：1001—2265(2014)05—0054—04DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2014．05．014高速电主轴稳态温度场分析陈夺，冯明(北京科技大学机械工程学院，北京100083)摘要：建立了一台由静压空气轴承支撑，内置高速永磁同步电机驱动的三维电主轴稳态温度场分析模型，提出了考虑轴向气流影响的热分析计算流程。通过有限元分析得到了不同气流量下电主轴的温度场分布，发现温度的最高点位于转子上，进而

2、分析了永磁体的高温退磁状况以及主轴受热膨胀状况。最后搭建了电主轴的温度测试试验台，通过测试与仿真结果对比分析，结果基本趋于一致，证明了计算结果的正确性同时为分析静压空气轴承支持的高速电主轴温度场分析提供了方法。关键词：高速电主轴；稳态温度场；轴向气流中图分类号：TH165：TG65文献标识码：AAnalysisinSteady-·stateTemperatureFieldofHigh·-SpeedMotorizedSpindleCHENDuo，FENGMing(SchoolofMechanicalEngineering，UniversityofScienceandTechnologyBeiji

3、ng，Beijing100083，China)Abstract：Amodelwhichissupportedbyair—lubricatedhydrod~namicbearingsanddrivedbyahigh—speedpermanentmagnetsynchronousmotorforthree--dimensionalsteady--statetemperaturefieldofahigh··speedmotorizedspindlehasbeenestablished．Anovelalgorithmofthermalanalysiswhichconsideringaxialflowi

4、sproposed．ThedistributionofmotorizedspindletemperatureunderdifferentaxialflowwasobtainedbyFi—niteElementAnalysis，demagnetizationofpermanentmagnetsandthethermalexpansionofthespindlehasbeenanalysised．Atlast，temperaturetestbenchofthespindlewassetup，thesteadythermalfieldofmotor-izedspindleandthenovelalg

5、orithmofthermalanalysisandvalidityofthethermalfieldmodelandthecor—rectnessofthecalculatedvaluesareverifiedbytheresultsofthecomparingoftestandsimulationanalysis，Itprovidesamethodforhigh—speedpermanentmagnetmotorizedspindle．Keywords：high—speedmotorizedspindle；steady—statetemperaturefield；axialflow面。文献

6、[7]对空气动静压轴承支撑的划片机电主轴O引言的热变形进行了有限元分析，但是没有考虑空气轴承高速电主轴相比传统机床主轴，由内装式高速电中轴向气流对电主轴温度分布的影响。机直接驱动，使传动系统的机械结构得到极大的简化，本文涉及了一台两端由空气静压轴承支撑，内部并且具有效率高、噪声低、震动小和精度高等特点，因有高速永磁同步电机驱动的高速电主轴，其结构如图此在高速加工方面得到了广泛地推广和应用⋯。由静1所示，主轴部分采用空心轴结构，将永磁体内置在轴压空气轴承支撑的高速永磁电主轴在运行中温度过高心位置，空心轴在保持刚度的条件下，减轻了转轴的重会带来一系列不利的影响，例如：永磁体退磁，转轴受量。电主轴是

7、通过定子外侧水套内循环水和空气轴承热膨胀影响轴承间隙，甚至抱轴，以及由温度变化引中喷出的形成的轴向流动气流进行冷却换热的，换热起电参数变化进而影响电机性能等。所以，对电主轴路径如图1中箭头所示，然后根据传热学理论建立了系统的温度场进行分析是非常必要的。电主轴系统的三维稳态温度场有限元模型；提出了轴对于热分析的计算，目前采用最多的是有限元法，向气流影响下高速电主轴热计算的算法流程，通过这它不仅能详细