高速電主軸機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、高速電主軸單元是高速、高精度機(jī)床的核心部件。電主軸單元是一種新型的機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的“零傳動(dòng)”，是一種多變量、非線性、強(qiáng)耦合系統(tǒng)，其系統(tǒng)的機(jī)電耦合效應(yīng)對(duì)電能轉(zhuǎn)換為磁能、磁能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的過(guò)程有重要的影響。目前，電主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)是通過(guò)對(duì)其各個(gè)功能部件獨(dú)立設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于該方法將系統(tǒng)中機(jī)械功能部件與電磁功能部件分離開(kāi)來(lái)設(shè)計(jì)，忽視了高速電主軸系統(tǒng)內(nèi)部機(jī)械參數(shù)與電磁參數(shù)之間耦合效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、輸出特性對(duì)應(yīng)于

2、設(shè)計(jì)參數(shù)產(chǎn)生偏差，不能滿足高速、高精度機(jī)床的要求。因此對(duì)電主軸系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)研究具有十分重要的價(jià)值與意義。本文建立了高速電主軸系統(tǒng)的機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)模型，并用MATLAB/Simulink對(duì)其進(jìn)行了仿真分析，對(duì)比說(shuō)明了轉(zhuǎn)子正常與轉(zhuǎn)子偏心時(shí)機(jī)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(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)，針對(duì)此特點(diǎn)，對(duì)高速電主軸系統(tǒng)進(jìn)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(shí)，得到系統(tǒng)的機(jī)電耦合框圖。
　?。?）電主軸電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子與機(jī)床主軸過(guò)盈聯(lián)接成為一體，在理論上可以將電主軸看作為一臺(tái)高速電動(dòng)機(jī)，根據(jù)電主軸的這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將電主軸系統(tǒng)簡(jiǎn)化為一臺(tái)高速電動(dòng)機(jī)。歸納出簡(jiǎn)化系統(tǒng)內(nèi)部的機(jī)電耦合關(guān)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(xué)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(xué)模型。
　?。?）高速電主軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子偏心對(duì)

4、系統(tǒng)機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)特性的影響不容忽視。在建立了高速電主軸系統(tǒng)機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，分別計(jì)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)。
　　（4）應(yīng)用得到的數(shù)學(xué)模型對(duì)高速電主軸進(jìn)行了仿真分析，并且對(duì)比分析了轉(zhuǎn)子正常情況與轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心狀態(tài)時(shí)高速電主軸的運(yùn)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(dòng)過(guò)程；轉(zhuǎn)子存在靜態(tài)偏心量時(shí)電主軸進(jìn)入額定狀態(tài)后轉(zhuǎn)子仍然存在較大的電流，這會(huì)增加電機(jī)的穩(wěn)態(tài)溫升；轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心量的存