高速電主軸非接觸電磁加載及可靠性試驗(yàn)研究.pdf

1、為提高國(guó)產(chǎn)高速電主軸可靠性，開展了高速電主軸可靠性試驗(yàn)研究，其主要內(nèi)容分為模擬加載、可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)檢測(cè)和處理、可靠性評(píng)估三部分。對(duì)于高速電主軸，機(jī)械接觸式加載存在磨損、振動(dòng)等難以解決的問題，不能用于需要長(zhǎng)時(shí)問連續(xù)加載的可靠性試驗(yàn)。因此，高速電主軸模擬加載成為可靠性試驗(yàn)的瓶頸，制約了高速電主軸可靠性試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展?；谏鲜鲈?，本文提出非接觸電磁加載方法，研究并設(shè)計(jì)了非接觸電磁加載裝置，對(duì)電磁加載性能進(jìn)行了理論分析和仿真計(jì)算，在此基礎(chǔ)上完

2、成了高速磨削電主軸的可靠性試驗(yàn)。
　　提出非接觸電磁加載方法和加載裝置設(shè)計(jì)方案，應(yīng)用電磁理論分析電磁加載原理，提出加載裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和磁路設(shè)計(jì)方法，分析非接觸電磁加載關(guān)鍵技術(shù)。其中，加載盤和直流電磁鐵設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)非接觸電磁加載的關(guān)鍵。由于載荷加載時(shí)，徑向加載電磁力側(cè)重于加載盤導(dǎo)磁性能，切向加載電磁力側(cè)重于加載盤導(dǎo)電性能。因此對(duì)比分析不同軟磁材料電磁性能，完成加載盤材料選型，所選材料具有較好的導(dǎo)磁和導(dǎo)電綜合性能。直流電磁鐵應(yīng)重點(diǎn)考慮鐵心

3、和磁極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)電磁鐵能產(chǎn)生較強(qiáng)氣隙磁場(chǎng)，而電磁損耗較低，可長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。分析了加載裝置其它部分設(shè)計(jì)參數(shù)及動(dòng)態(tài)電磁加載主要影響因素，開發(fā)了非接觸電磁加載試驗(yàn)臺(tái)。
　　分析加載電磁場(chǎng)邊界條件和邊值問題，完成加載電磁場(chǎng)和電磁力的解析計(jì)算。應(yīng)用有限元法對(duì)動(dòng)態(tài)加載電磁場(chǎng)及電磁力進(jìn)行仿真計(jì)算，驗(yàn)證電磁力解析計(jì)算方法的準(zhǔn)確性，依據(jù)電磁力理論分析結(jié)果建立電磁加載裝置數(shù)學(xué)模型。根據(jù)動(dòng)態(tài)加載渦流損耗的計(jì)算，建立加載盤熱路模型，完成加載盤溫升分析

4、，結(jié)果表明溫升是高轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)電磁加載能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵參數(shù)。溫升理論計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了本文提出的非接觸電磁加載方法的可行性，設(shè)計(jì)的加載裝置可用于高速電主軸可靠性試驗(yàn)。
　　利用電磁加載試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行非接觸電磁加載試驗(yàn)，實(shí)測(cè)了不同加載條件下電磁力和加載盤溫升，對(duì)比分析了實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值，結(jié)果表明非接觸電磁加載方法有效，加載電磁力和溫升理論計(jì)算較為準(zhǔn)確。根據(jù)溫升試驗(yàn)結(jié)果，提出非接觸電磁加載裝置改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。改造后的加載裝置明顯改善了散熱，降低了加

5、載盤溫升，增大了加載裝置產(chǎn)生的加載電磁力，提高了非接觸電磁加載裝置的應(yīng)用能力。
　　高速電主軸可靠性試驗(yàn)需模擬主軸實(shí)際切削力載荷，主軸工作載荷即為可靠性試驗(yàn)在主軸上加載的應(yīng)力載荷值。本文根據(jù)高速磨削電主軸試樣，分析了170MD18Y16型磨削電主軸五級(jí)試驗(yàn)載荷譜。根據(jù)磨削載荷譜，確定高速磨削電主軸可靠性試驗(yàn)載荷值。設(shè)計(jì)了170MDl8Y16磨削電主軸可靠性試驗(yàn)方案，采用性能退化試驗(yàn)方法檢測(cè)電主軸性能特征量退化數(shù)據(jù)，利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立