高速磨削电主轴可靠性加速寿命试验分析

为在短时间内获得高速磨削电主轴的寿命信息,通过加大载荷应力的方式建立起加速寿命试验模型,进行了两组恒定应力加速寿命试验。采用威布尔分布对电主轴寿命进行描述,并借助于最小二乘法对威布尔分布函数的两个参数进行估算,确定出电主轴可靠性寿命的相关指标,最终计算出基准载荷下电主轴的可靠性寿命。数据统计结果表明,电主轴的寿命服从威布尔分布,其加速模型符合逆幂律关系,从而验证了在不改变失效机理的前提下对高速磨削电主轴进行载荷应力加速寿命试验的可行性,极大地提高了产品寿命的预测效率,对电主轴生产厂商和用户均有很强的指导意义。

高速磨削电主轴冷却系统的试验研究

高速磨削电主轴的温升对电主轴的加工精度和使用寿命有着重要的影响。以SPM170高速磨削电主轴为研究对象,采用理论分析和试验验证的方法对高速磨削电主轴的冷却系统进行了研究。通过分析可知电主轴电机部分的产热主要是由铁芯损耗产生的,水冷系统可以有效地带走电机部分的热量,使电主轴的温升降低。对SPM170高速磨削电主轴的冷却系统进行了改进,设计了一种新型螺旋水道,在电主轴最高工作转速时,分别测量电主轴前轴承壳体温度,并对比其温升。结果表明:采用改进之后的螺旋水冷装置电主轴的温升比改进前温升降低了10℃左右,温升得到了有效的控制。

高速磨削电主轴热-结构耦合有限元分析与仿真

在高速磨削加工中,电主轴的热结构状态直接影响高速加工机床的加工尺寸精度和表面质量。这篇文章利用传统理论对高速磨削电主轴进行了热-结构耦合分析,分别计算热稳态下主轴各种边界条件,在理论研究的基础上结合有限元软件进行热-结构耦合仿真分析,得到电主轴热变形主要与电机损耗、轴承发热与冷却液系统有关的结论。这一结论充分说明引起电主轴变形的主要因素,为今后在试验中建立电主轴热补偿体系以及减少热变形提供了有力的理论支持。

高速磨削电主轴热特性及其影响因素研究

为了预测高速脂润滑电主轴温度分布以及研究热影响因素对温度的影响规律,通过分析电主轴高速轴承和电机发热及传热机制,采用热阻节点网络方法建立了高速电主轴的热特性模型。采用此模型分别计算了在不同转速、预紧力、冷却流量及冷却水入口温度条件下电主轴关键节点的温升及热影响规律。为了验证模型及热影响规律的准确性,搭建了电主轴温度测量实验系统,分别测量电主轴关键节点在不同热影响因素下的温升。结果表明,电主轴不同热影响因素对高速电主轴温升影响规律不同,通过优化特定工况下电主轴的工作参数可有效降低电主轴温度,进而减少热误差并提高电主轴的使用寿命。

高速内圆磨削电主轴动态性能试验及分析

针对内圆磨削电主轴高转速高精度低温升的需求,设计了一款高速内圆磨削电主轴,通过建立考虑轴承圆度误差与谐波次数的电主轴有限元模型计算电主轴动态精度与动态特性,确定最佳轴承预紧力与轴承跨距。采用局部法计算轴承损耗发热,基于移动热源法结合有限元方法建立高速球轴承的热分析模型,分析了轴承在预紧条件下的轴承温升,验证了轴承预紧力的正确性。最后通过轴承振动试验验证了电主轴动态热态性能模型的可靠性。

磁化效应对高速磁悬浮外圆磨削电主轴回转精度影响规律研究

回转精度是高速磁悬浮外圆磨削电主轴的重要性能指标,通常以回转误差来衡量,主要受动不平衡力和轴承特性等因素的影响。铁磁体轴承会因磁化效应输出非线性电磁力,工程上为了实现高回转精度控制,一般通过硬件试验建立查找表对轴承力进行线性化处理。但是当轴承设计变更时,需要重新试验以更新查找表,增加了研发成本和周期。如果能明确磁化效应对主轴回转精度的影响规律,省略试验环节,将有效节省成本和周期。为研究磁化效应对回转精度的影响规律,根据主动磁轴承的基本原理,对无磁化模型、固定磁导模型、Jiles-Atherton(J-A)瞬态磁导模型三种不同磁化模型的电磁力输出特点进行了对比。建立了包含转子动不平衡力、轴承电磁力和磨削力的电主轴刚性转子动力学系统模型。通过系统模型仿真研究了磁化效应对系统闭环幅频特性的影响,发现磁化效应会显著改变系统的低频和中频响应。砂轮中心处回转误差的时域仿真结果表明磁化效应会增大回转误差,固定磁导模型和瞬态磁导模型在偏置电流点附近小范围内的计算结果近似。采用固定磁导模型进行轴承设计,并采用瞬态磁导模型进行验证,是实现磁悬浮磨削主轴高回转精度的可行技术路线。

轴承预紧力作用下电主轴系统动力学特性研究

考虑轴承预紧力这一非线性因素对轴承支承动态刚度的影响,建立了磨削电主轴系统动力学模型。在转子系统中考虑由于转子质量偏心而产生的不平衡力,采用数值积分方法研究电主轴转子系统在轴承不同预紧力、不同转速下系统的非线性动力学行为。结果表明:轴承预紧力是影响电主轴转子系统非线性动力学特性的一个重要因素,合理的选择转子系统的工作参数,可提高系统的稳定性。