高速电主轴非接触加载装置的设计与研究

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电主轴是高速加工中的核心单元,因此需要对电主轴进行加载试验以模拟实际工况,进而对其可靠性进行分析与研究。针对传统的接触式加载中存在的摩擦、振动、噪声等问题,本文提出了非接触加载的方式,研制了电主轴非接触加载试验平台,克服了接触式加载存在的各种问题。本加载装置具有非接触加载无摩擦、加载力可调、结构简单、易于操作等优点。本文的主要工作如下:  介绍了模拟加载试验平台的组成,包括电主轴系统、非接触加载系统、传感器测试系统、散热系统;详述了非接触加载的原理;对电磁加载装置进行了设计;通过电磁学理论对本装置的麦克斯韦吸引力进行了计算,得出了本装置加载力的数学模型,并进行了有限元仿真计算,通过与拉压力传感器的实测值进行对比验证了本设计、计算的正确性。  由于电磁加载装置需要长时间工作,其可靠性直接影响电主轴的加载试验,因此本文对电磁加载装置进行了热学分析、计算,建立了电磁加载装置的等效热路图,列出了节点温升方程组,在matlab中使用四阶龙格库塔法对方程组进行了求解,得出了装置各部分的稳态温升值,并通过与有限元仿真值和实测值进行了对比,验证了其长时间工作的可行性及可靠性。  进行了电主轴加载试验,分别进行了恒定负载,不同转速情况下前后轴承的温升测试、振动速度测试、轴端跳动量测试;进行了不同转速下加载力的变化测试试验。对各传感器数据进行了采集,并初步得出了各信号的变化规律。  对电主轴非接触加载装置进行了方案改进,重新研制了电磁铁,改善了发热情况,提高了加载力;提出了在后续的加载试验中的改进方案。  综上,本文通过理论计算、有限元软件仿真以及实测验证了本非接触加载装置的正确性和可行性,并顺利进行了加载试验,较好的满足了测试要求。
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