高速电主轴非接触电磁加载及可靠性试验研究

来源 :西安理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huangxiaojie33
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为提高国产高速电主轴可靠性,开展了高速电主轴可靠性试验研究,其主要内容分为模拟加载、可靠性试验数据检测和处理、可靠性评估三部分。对于高速电主轴,机械接触式加载存在磨损、振动等难以解决的问题,不能用于需要长时问连续加载的可靠性试验。因此,高速电主轴模拟加载成为可靠性试验的瓶颈,制约了高速电主轴可靠性试验技术的发展。基于上述原因,本文提出非接触电磁加载方法,研究并设计了非接触电磁加载装置,对电磁加载性能进行了理论分析和仿真计算,在此基础上完成了高速磨削电主轴的可靠性试验。  提出非接触电磁加载方法和加载装置设计方案,应用电磁理论分析电磁加载原理,提出加载装置结构设计和磁路设计方法,分析非接触电磁加载关键技术。其中,加载盘和直流电磁铁设计是实现非接触电磁加载的关键。由于载荷加载时,径向加载电磁力侧重于加载盘导磁性能,切向加载电磁力侧重于加载盘导电性能。因此对比分析不同软磁材料电磁性能,完成加载盘材料选型,所选材料具有较好的导磁和导电综合性能。直流电磁铁应重点考虑铁心和磁极结构设计,所设计电磁铁能产生较强气隙磁场,而电磁损耗较低,可长时间运行。分析了加载装置其它部分设计参数及动态电磁加载主要影响因素,开发了非接触电磁加载试验台。  分析加载电磁场边界条件和边值问题,完成加载电磁场和电磁力的解析计算。应用有限元法对动态加载电磁场及电磁力进行仿真计算,验证电磁力解析计算方法的准确性,依据电磁力理论分析结果建立电磁加载装置数学模型。根据动态加载涡流损耗的计算,建立加载盘热路模型,完成加载盘温升分析,结果表明温升是高转速动态电磁加载能否实现的关键参数。温升理论计算结果验证了本文提出的非接触电磁加载方法的可行性,设计的加载装置可用于高速电主轴可靠性试验。  利用电磁加载试验台进行非接触电磁加载试验,实测了不同加载条件下电磁力和加载盘温升,对比分析了实测值与理论计算值,结果表明非接触电磁加载方法有效,加载电磁力和温升理论计算较为准确。根据温升试验结果,提出非接触电磁加载装置改进设计方案。改造后的加载装置明显改善了散热,降低了加载盘温升,增大了加载装置产生的加载电磁力,提高了非接触电磁加载装置的应用能力。  高速电主轴可靠性试验需模拟主轴实际切削力载荷,主轴工作载荷即为可靠性试验在主轴上加载的应力载荷值。本文根据高速磨削电主轴试样,分析了170MD18Y16型磨削电主轴五级试验载荷谱。根据磨削载荷谱,确定高速磨削电主轴可靠性试验载荷值。设计了170MDl8Y16磨削电主轴可靠性试验方案,采用性能退化试验方法检测电主轴性能特征量退化数据,利用试验数据建立威布尔寿命分布模型,应用极大似然法估计模型参数,完成高速磨削电主轴可靠性评估。  高速磨削电主轴可靠性试验结果表明,本文研究成果具有一定工程应用价值,解决了电主轴难以实现高转速动态加载问题。
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