内装式电主轴电机发热与温升问题

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1、学兔兔www.xuetutu.com第3期(总第166期)机械工程与自动化NO．32011年6月MECHANICALENGINEERING＆AUTOMAT10NJun．文章编号：1672—6413(2011)03—0206—02内装式电主轴电机的发热和温升问题王可，张玉璞，孙兴伟(沈阳Y-业大学机械工程学院，辽宁沈阳110870)摘要：电主轴电机的功率损耗发热和高速滚动轴承的摩擦发热所产生的热变形严重影响了机床的加工精度，改善电主轴的温升和发热状况是当前电主轴研究的一大内容。就相关问题有针对性地提

2、出了几种具体的处理措施。关键词：电主轴；陶瓷轴承；发热中图分类号：TH133．2：TM32文献标识码：A0引言靠性。作为数控机床常用的核心部件之一，电主轴将机电机定子和转子的发热究其根源是由于电机的电床主轴与电机合二为一，其对机床性能的影响是非常损耗、机械损耗和磁损耗，它们引起的发热量占总量重要的．o电主轴的结构特点是：机床主轴单元的壳体的95％一99％。对于电主轴电机而言，电机的损用作电机座；带有冷却套的定子在主轴单元的壳体内耗中大约2／3由定子产生，余者由转子产生。对应的装配并与机床直接连接。

3、需要重点强调的是，机床主解决方法如下。轴零件与变频电机空心转子是直接以过盈配合装配在1．1采用循环冷却结构一起成为一个整体的⋯。电主轴根据电机的布置位为改善电主轴的热特性，通常在电机定子与壳体置可以分为两大类：电机中置式电主轴(内装式电连接处设置循环冷却套。冷却套用热阻较小的材料制主轴)和电机后置式电主轴。造，其外部加工有螺旋槽，以便在电机工作时借助于电主轴的应用是机床发展的一个重要方向，尤其通入到螺旋槽中的循环介质进行冷却。要求冷却水的是在转速要求较高且加减速操作频繁的领域，如电主人口温度、压力

4、和流量适当。另外，为防止电机发热轴替代传统的机械主轴已被广泛应用在五轴加工中影响主轴轴承，主轴应尽量采用热阻较大的材料，使心、铣镗床、磨床、钻床等领域。但是在强调经济性电机转子的发热主要通过气隙传给定子，由冷却水吸能的车床中，因为维修成本过高而无法使用电主轴；收带走。冷却介质通常选用水或油，具体的冷却方式在相对高端的车床中又因为发热量大而使电主轴容易又分外循环和内循环两种。热变形，所以也不适合应用。1．2采用合理的场路耦合设计发热和温升问题始终是电主轴应用研究的焦点问采用合理的场路耦合设计方案和计

5、算方法，可以题之一，对于大功率内装式电主轴而言，发热和温升在达到各项约束和要求的同时，降低转子的发热量。问题更为重要。本文以内装式数控车床电主轴为背景以车铣中心永磁同步电主轴为例，由于永磁电机探讨电主轴的发热和温升等相关问题。中含有转子运动体，同时永磁电机自身固有电磁耦合谈及电主轴的发热和温升问题，首先需要强调的和机电耦合，所以普遍存在电磁场与速度场的耦合问是电主轴单元内部的两个主要热源，即内装式主电动题。此外，电磁场还和温度场相互作用，机械参数耦机和主轴轴承。合与机电耦合也同时并存，共同形成多场

6、耦合效1内装式主电动机的发热问题应。由于主轴轴承在靠近主电动机处设置，如果主电采用场一路一机械方程相结合的有限元法是分析动机的散热效果不理想，必然会影响到机床工作的可电机暂态过程很好的工具。我们可以在电机端电压的收稿日期：2010—1l一1l；修回日期：2011—02_21作者简介：王可(1957一)，男，辽宁丹东人，教授，工学博士，主要从事复杂曲面数控加工，专用数控装备设计方面的研究工作。学兔兔www.xuetutu.com2011年第3期王可，等：内装式电主轴电机的发热和温升问题·207·情况

7、下通过联立电磁场方程和外电路方程求得电流和(2)采用合理的润滑方式。因为电主轴通常运电磁位等数据；在机械运动方程基础上采用直接耦合转速度较高，其对主轴轴承的动态和热态性能有更为方法，对电机启动全过程进行计算精度很高的仿真。严格的要求，所以，保证充分和良好的润滑是电主轴应用电机场路耦合法时，通常要求将控制系统电路模维持正常运转的必要条件。油气和油雾等润滑方式对型和电机电磁场模型同时进行协同仿真，故在系统控轴承不但具有润滑作用，还具有一定的冷却作用。如制中，先由转速环和电流环调节得到电机端部电压，可以

8、采用油雾润滑，雾化发生器进气压通常选择然后将其传递到电磁分析模型中作为激励信号，再使0．25MPa～0．3MPa，选用20#透平油，油滴速度控用有限元电磁场分析。制在80滴／min～100滴／rain。在充分润滑轴承的同1．3对电机转子进行改进时，润滑油雾还能够对轴承进行冷却。需要注意的一在优化电磁设计的基础上，选用新材料(例如个关键问题是：前、后轴承的润滑油分配必须加以严稀土铝)以便在保证工艺性的同时，提高导电率、格控制，通常要求进气口截面大于前、后喷油口截面减少电阻率以减少转子