高速電主軸機電耦合動力學特性研究.pdf

1、高速電主軸單元是高速、高精度機床的核心部件。電主軸單元是一種新型的機床主軸結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了機床的“零傳動”，是一種多變量、非線性、強耦合系統(tǒng)，其系統(tǒng)的機電耦合效應對電能轉(zhuǎn)換為磁能、磁能轉(zhuǎn)換為機械能的過程有重要的影響。目前，電主軸系統(tǒng)的設計生產(chǎn)是通過對其各個功能部件獨立設計來實現(xiàn)的，由于該方法將系統(tǒng)中機械功能部件與電磁功能部件分離開來設計，忽視了高速電主軸系統(tǒng)內(nèi)部機械參數(shù)與電磁參數(shù)之間耦合效應對系統(tǒng)運行的干擾，導致系統(tǒng)運行狀態(tài)、輸出特性對應于

2、設計參數(shù)產(chǎn)生偏差，不能滿足高速、高精度機床的要求。因此對電主軸系統(tǒng)進行機電耦合動力學研究具有十分重要的價值與意義。本文建立了高速電主軸系統(tǒng)的機電耦合動力學模型，并用MATLAB/Simulink對其進行了仿真分析，對比說明了轉(zhuǎn)子正常與轉(zhuǎn)子偏心時機電耦合作用下電主軸的輸出特性。主要工作如下：
　?。?）高速電主軸系統(tǒng)中存在著多種耦合作用，是一種典型的復雜機電系統(tǒng)，針對此特點，對高速電主軸系統(tǒng)進行耦合分析；歸納并提煉高速電主軸系統(tǒng)中存

3、在的各種耦合事實，得到系統(tǒng)的機電耦合框圖。
　　（2）電主軸電動機的轉(zhuǎn)子與機床主軸過盈聯(lián)接成為一體，在理論上可以將電主軸看作為一臺高速電動機，根據(jù)電主軸的這一結(jié)構(gòu)特點，將電主軸系統(tǒng)簡化為一臺高速電動機。歸納出簡化系統(tǒng)內(nèi)部的機電耦合關系圖，根據(jù)多回路理論列出系統(tǒng)的電氣方程，其中包括磁鏈方程和電壓方程；根據(jù)力學基本定律列出系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩方程。聯(lián)立系統(tǒng)的電氣方程和轉(zhuǎn)矩方程得到電主軸系統(tǒng)的數(shù)學模型。
　　（3）高速電主軸電動機轉(zhuǎn)子偏心對

4、系統(tǒng)機電耦合動力學特性的影響不容忽視。在建立了高速電主軸系統(tǒng)機電耦合動力學模型的基礎上，分別計算出電主軸轉(zhuǎn)子正常與轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心狀態(tài)下的電感參數(shù)。
　?。?）應用得到的數(shù)學模型對高速電主軸進行了仿真分析，并且對比分析了轉(zhuǎn)子正常情況與轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心狀態(tài)時高速電主軸的運行特性。結(jié)果表明：轉(zhuǎn)子靜偏心量的存在，延遲了高速電主軸的啟動過程；轉(zhuǎn)子存在靜態(tài)偏心量時電主軸進入額定狀態(tài)后轉(zhuǎn)子仍然存在較大的電流，這會增加電機的穩(wěn)態(tài)溫升；轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心量的存