Study on the dynamic characteristics of motorized spindle with different structures under magnetic pull
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摘要: 为了研究磁拉力对不同结构电主轴动力学特性的影响，依据电主轴磁拉力的力学方程，建立了电主轴的有限元分析模型，进行磁场和力学场双向耦合计算，对电机位于不同主轴位置时的电主轴动力学特性进行研究，得到了其动态特性变化曲线。同时, 进行电主轴的试验测试，以验证有限元模型及分析方法的合理性与正确性。结果表明，电主轴的电机位置会影响电主轴运动的稳定性，电机放置在主轴的轴承中间时会比电机放置在主轴一端时运行得更加稳定；在试验测试误差和模型简化误差的条件下，理论计算所得的轴心轨迹总位移比实际测量偏小，初步验证了有限元模型及算法的合理性和正确性。Abstract: In order to study the influence of magnetic pull on the dynamic characteristics of motorized spindle with different structures, according to the mechanical equation of magnetic pull force of the motorized spindle, the finite element analysis model of the motorized spindle is established, two-way coupling calculations of magnetic field and mechanical field is carried out, the dynamic characteristics of the motorized spindle with different motor positions are studied, the dynamic characteristic curve is obtained. At the same time, the motorized spindle is tested to verify the rationality and correctness of the finite element model and the analysis method. Results show that the motor position of the motorized spindle will affect the motion stability of the motorized spindle, and the motor in the middle of the bearing of the spindle will run more stable than the motor at one end of the spindle; under the condition of test error and model simplification error, the total displacement of the axis trajectory calculated by the theory is slightly smaller than the measured value, the rationality and correctness of the finite element model and algorithm are verified preliminarily.
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Key words:
- unbalanced magnetic pull /
- motorized spindle /
- finite element /
- dynamic characteristics
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表 1 电机后置式主轴参数
参数 取值 径向轴承1内径d1/mm 45 径向轴承1宽度l1/mm 44 定位轴肩d2/mm 52 电机位置主轴直径d3/mm 41 电机位置主轴长度l2/mm 153 点击主轴总长度l/mm 246 
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表 2 电机中置式主轴参数
参数 取值 径向轴承1内径D1/mm 45 径向轴承1宽度L1/mm 44 定位轴肩D2/mm 52 电机位置主轴直径D3/mm 41 径向轴承2内径D5/mm 35 径向轴承2宽度L3/mm 40 轴承1与轴承2距离L2/mm 178 电主轴总长L/mm 262
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表 3 电机中置式主轴参数
频率/Hz 电机后置式振幅/μm 电机中置式振幅/μm Y方向 Z方向 Y方向 Z方向 0 0.102 01 0.149 55 0.093 23 0.136 67 6 0.257 62 0.347 53 0.235 44 0.317 61 12 0.543 17 0.622 03 0.496 38 0.568 46 18 5.648 66 5.581 04 5.161 77 5.099 96 24 0.511 71 0.453 49 0.467 58 0.414 32 30 0.284 5 0.233 67 0.259 94 0.213 44 36 0.203 99 0.158 93 0.186 36 0.145 1 42 0.137 79 0.100 76 0.125 83 0.091 85
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[1] 张华, 郭力. 高效精密磨床动静压主轴回转精度的测试研究[J]. 制造技术与机床, 2020(6): 131-133. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZJYC202006028.htm [2] 朱振学. 螺旋锥齿轮加工中心电主轴热误差分析及补偿方法研究[D]. 沈阳: 沈阳工业大学, 2020. [3] 于海涛. 陶瓷电主轴电磁振动及噪声耦合分析[D]. 沈阳: 沈阳建筑大学, 2019. [4] 王新新, 廖敏, 吴军强. 基于ANSYS的加工中心电主轴静态性能分析[J]. 机械设计与造, 2012(1): 201-203. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSYZ201201076.htm [5] 黄鑫. 数控铣床高速电主轴结构设计及特性研究[D]. 大连: 大连海事大学, 2013. [6] 徐军伟. 高速机床磨削电主轴的结构设计及性能分析[D]. 太原: 太原理工大学, 2015. [7] 牛强. 高速电主轴振动特性分析及实验研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨理工大学, 2019. [8] 陈建文. 高速高精车铣数控加工中心电主轴动静态特性分析及优化[D]. 兰州: 兰州理工大学, 2018. [9] 邵启鹏, 刘保国, 冯伟, 等. 转子偏心对高速电主轴电磁特性的影响[J]. 组合机床与自动化加工技术, 2019(4): 53-57, 62. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZHJC201904013.htm [10] 杜萌, 罗建, 马鸿泰, 等. 整数槽同步电机低振动噪声定子结构设计[J]. 电机与控制应用, 2018, 45(9): 65-72. doi: 10.3969/j.issn.1673-6540.2018.09.011 [11] 黄伟迪, 甘春标, 杨世锡. 随机不确定切削力作用下高速电主轴系统的动力学特性分析[A]. 中国振动工程学会非线性振动专业委员会. 第十五届全国非线性振动暨第十二届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C]. 中国振动工程学会非线性振动专业委员会: 中国力学学会, 2015. [12] Wang Z, Tu W. Online dynamic balance detection method of high speed motorized spindle based on LabVIEW [J]. Applied Mechanics and Materials, 2017, 868: 369-374. doi: 10.4028/www.scientific.net/AMM.868.369 [13] 于慎波, 王程程. 加工中心用永磁同步电主轴动态特性分析[J]. 组合机床与自动化加工技术, 2018(11): 92-95 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZHJC201811025.htm [14] 周生通, 朱经纬, 肖乾, 等. 初始静偏心与重力载荷对动车牵引电机转子轴心轨迹的影响[J]. 机械工程学报, 2020, 56(17): 145-154. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB202017015.htm [15] 单文桃, 张健荣, 刘新, 等. 不平衡磁拉力对永磁同步电主轴动态性能影响机理研究[J]. 噪声与振动控制, 2020, 40(1): 9-12, 41. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZSZK202001003.htm [16] 韦开君, 左曙光, 吴旭东, 等. 燃料电池车用离心压缩机窄带啸叫噪声实验测试与分析[J]. 振动与冲击, 2017, 36(7): 14-20. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDCJ201707003.htm [17] 田胜利. 高速电主轴系统复杂动态特性及其综合测试技术研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2019. [18] Huang S, Aydin M, Lipo T A. Electromagnetic vibration and noise assessment for surface mounted PM machines[C]. Power Engineering Society Summer Meeting. IEEE, 2001. -
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