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構，實現了機床的“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換為磁能、磁能轉換為機械能的過程有重要的影響。目前，電主軸系統(tǒng)的設計生產是通過對其各個功能部件獨立設計來實現的，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)內部機械參數與電磁參數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、設計參數產生偏差，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，對比說明了轉子正常與轉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。
　?。?）電主軸電動機的轉子與機床主軸過盈聯接成為一體，在理論上可以將電主軸看作為一臺高速電動機，根據電主軸的這一結構特點，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)內部的機電耦合關系圖，根據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；根據力學基本定律列出系統(tǒng)的轉矩方程。聯立系統(tǒng)的電氣方程和轉矩方程得到電主軸系統(tǒng)的數學模型。
　?。?）高速電主軸電動機轉子偏心對

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子正常與轉子靜態(tài)偏心狀態(tài)下的電感參數。
　　（4）應用得到的數學模型對高速電主軸進行了仿真分析，并且對比分析了轉子正常情況與轉子靜態(tài)偏心狀態(tài)時高速電主軸的運行特性。結果表明：轉子靜偏心量的存在，延遲了高速電主軸的啟動過程；轉子存在靜態(tài)偏心量時電主軸進入額定狀態(tài)后轉子仍然存在較大的電流，這會增加電機的穩(wěn)態(tài)溫升；轉子靜態(tài)偏心量的存