【正文】 態(tài)的測(cè)試電主軸性能的測(cè)試系統(tǒng)。 圖 21 電主軸基本結(jié)構(gòu) 電主軸的基本結(jié)構(gòu)如圖 21所示，它由定子、轉(zhuǎn)子、軸承、潤(rùn)滑裝置和冷卻裝置等構(gòu)成。有時(shí)也采用靜壓軸承，或電磁懸浮軸承，內(nèi)外圈不接觸，理論上命無(wú)限長(zhǎng)。外水套和內(nèi)水套為電主軸冷卻系統(tǒng)的兩種冷卻方式。軸向力和徑向力加載有利用伺服電機(jī)作為動(dòng)力源，然后通過(guò)錐齒輪減速傳遞到安裝在電主軸測(cè)試棒上面的徑向滾動(dòng)軸承和平面滾動(dòng)軸承的機(jī)械接觸式加載；還有用兩組勵(lì)磁繞組在軸側(cè)面和軸端面實(shí)現(xiàn)非接觸式加載 [8]。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、高速吸收、功率大、容易操作、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。直流測(cè)功機(jī)就是利用這一原理來(lái)穩(wěn)定調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩的。電渦流測(cè)功機(jī)可以雙向加載，但在低速時(shí)加載性能比水力測(cè)功機(jī)還差，不能作為反拖設(shè)備，在需要做發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率試驗(yàn)時(shí)需要另 外配置拖動(dòng)設(shè)備。與與電動(dòng)式激振器、電液式激振器比較有以下特征： (1)與被激物體間為非接觸式，可用于研究旋轉(zhuǎn)或平面運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性。 (mm)，所以支撐底座在受力狀態(tài)下的變形量太大會(huì)影響激振器加力效果，所以對(duì)底座進(jìn)行了仿真分析。設(shè)定框架長(zhǎng)度為 30mm，考慮到繞制線圈時(shí)線與線之間的間隙及帶漆后 1mm 的線直徑將變?yōu)?，另外防止擊穿應(yīng)乘以一個(gè)系數(shù)（ 2~3），這里取 3 則單邊線框?qū)挾葹?5 0 0 0 .7 8 5 3 = 2 0 m m3 0 2??? 。主軸溫升、軸承溫升大小反映了其軸承質(zhì)量、冷卻裝置的優(yōu)劣，主軸和軸承的溫升可以體現(xiàn)在前軸承端蓋上，因此可以檢測(cè)前軸承端蓋的溫度來(lái)間接檢測(cè)主軸和軸承的溫升。 JWB/C型溫度傳送器 在 溫度傳感器 的接線盒內(nèi)安裝了變送模塊，變送模塊選用專(zhuān)用芯片進(jìn)行放大和線性化處 理，提高了傳感器測(cè)量精度，冷端無(wú)需補(bǔ)償，負(fù)載能力大，傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)。則線圈特征阻抗可用 Z=F(? , ? , ? , D, I, ? )函數(shù)來(lái)表示。噪聲出廠標(biāo)準(zhǔn)為當(dāng)轉(zhuǎn)速為 30000r/min 時(shí)，噪聲不能超過(guò) 80db，檢測(cè)噪聲用的是 BRN201 智能噪聲儀 。也可以輸送到其它二次儀表或交流電壓表進(jìn)行測(cè)量。如圖 所示，測(cè)試棒的最大位移為 4μ m，也符合實(shí)驗(yàn)要求。 在本設(shè)計(jì)的開(kāi)題論證、課題研究、論文撰寫(xiě)和論文審校整個(gè)過(guò)程中，得到了陳菲老師和呼燁老師的親切關(guān)懷 和精心指導(dǎo)，使得本設(shè)計(jì)得以順利完成，其中飽含了他們的汗水和心血。它將我們平時(shí)所學(xué)相互結(jié)合起來(lái)，為我們將來(lái)進(jìn)入下一段人生準(zhǔn)備。 第 2 節(jié) 測(cè)試棒強(qiáng)度分析 由于測(cè)試棒是承受加載力的主要元件，如果它的強(qiáng)度達(dá)不到要求，那整個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)將沒(méi)有任何意義，下面在 CATIA 中對(duì)加載棒進(jìn)行強(qiáng)度校核。它主要由磁路系統(tǒng)、慣性質(zhì)量、彈簧阻尼等部分組成。探頭中心線應(yīng)與軸心線正交，探頭監(jiān)測(cè)的表面（正對(duì)探頭中心線的兩邊 倍探頭直徑寬度的軸的整個(gè)圓周面，如圖）應(yīng)無(wú)裂痕或其它任何不連續(xù)的表面現(xiàn)象（如鍵槽 、凸凹不平、油孔等），且在這個(gè)范圍內(nèi)不能有噴鍍金屬或電鍍，其表面的粗糟度應(yīng)在 um 至 之間。 前置器中高頻振蕩電流通過(guò)延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產(chǎn)生交變的 磁場(chǎng)。雖然有相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)，帶走了大量的熱量，若冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障，溫度將迅速上升，檢測(cè)到溫度上升就馬上停止電主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)。最后通過(guò)螺栓將 S 型拉壓力傳感器 2 固定到底座1 上面 當(dāng)電磁鐵的工控機(jī)給以加力信號(hào)，線圈中通過(guò)直流電流，鐵芯將被磁化，對(duì)導(dǎo)磁體產(chǎn)生電磁吸力。由于磁路磁勢(shì)大部分消耗在氣隙里，所以氣隙越小，在通相同電流的時(shí)候電磁吸力越大，故取氣隙 ? 為 。 (mm)。 主要技術(shù)參數(shù)： (1)測(cè)控柜選用臥式機(jī)柜，具備良好的通風(fēng)降溫效果，外表面噴塑處理； (2)二次儀表采用插頭插座連接方式，連接可靠牢固； (3)測(cè)量參數(shù)自動(dòng)顯示、打印、存儲(chǔ)，并有異常現(xiàn)象報(bào)警功能； (4)同時(shí)完成各測(cè)試數(shù)據(jù)和報(bào)表的記錄及各種特性曲線繪制與輸出等功能； (5)測(cè)功機(jī)形式：采用供貨方 DLG22 型電力測(cè)功機(jī)，其具體技術(shù)參數(shù)及使用要求滿足供貨方《產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)》中要求； (6)測(cè)功機(jī)最大吸收功率： 22kw； (7)測(cè)功機(jī)控制系統(tǒng)：采用 ET2100 控制儀，具有手動(dòng)和程控兩種控制方式 。選用的交流測(cè)功機(jī)由 一臺(tái)懸浮起來(lái)的交流電機(jī)，拉壓力傳感器測(cè)力裝置 、 轉(zhuǎn)速傳感器 ， 安裝底座及與動(dòng)力機(jī)械連接的法蘭，可四象限運(yùn)行的 ACS800系列交流變頻調(diào)速系統(tǒng)和交流電力測(cè)功機(jī)測(cè)控儀組成 。⑤沒(méi)有摩擦結(jié)構(gòu)，使用壽命較長(zhǎng)。測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)速一般在 10000r/min 左右，超過(guò)兩萬(wàn)轉(zhuǎn)就頗為困難 ，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)有強(qiáng)烈的振動(dòng)和刺耳的噪聲，軸承會(huì)急劇發(fā)熱，其可靠性很低 [12]。為了便于分析測(cè)量，將切削力分解為三個(gè)相互垂直于坐標(biāo)軸方向的分力或力矩來(lái)表示，如圖 1所示。 （ 7）自動(dòng)換刀技術(shù)。電主軸單元所融合的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下幾方面 : （ 1）高速電機(jī)技術(shù)。相較于其他試驗(yàn)手段，試驗(yàn)臺(tái)更適于對(duì)機(jī)床功能部件可靠性進(jìn)行系統(tǒng)的研究。于印民 [5]通過(guò)搭建測(cè)試平臺(tái)，深入研究了高速電主軸誤差測(cè)量原理，并完成了測(cè)試平臺(tái)的搭建。日本在民用產(chǎn)品（如汽車(chē)、家電等）中的可靠性研究舉世矚目，但在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域，也限于注重現(xiàn)場(chǎng)故障數(shù)據(jù)的采集和分析，從故障診斷分析入手，尋找故障原因，提出了可靠性改進(jìn)措施，對(duì)提高機(jī)床產(chǎn)品的可靠性水平起了積極作用。 第 2節(jié) 電主軸的關(guān)鍵技術(shù) ................................... 6 第 3節(jié) 電主軸基本信息 ..................................... 7 第 4節(jié) 電主軸受力計(jì)算 ..................................... 8 第 3 章 加載機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ................................11 第 1節(jié) 扭矩加載設(shè)計(jì) ...................................... 11 測(cè)功機(jī)的選型 ....................................................................................................... 12 DLG22 型懸浮式交流電力測(cè)功機(jī) ..................................................................... 12 第 2節(jié) 軸向力加載設(shè)計(jì) .................................... 16 第 3節(jié) 徑向力加載設(shè)計(jì) .................................... 18 第 4 章 檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............................23 第 1節(jié) 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩檢測(cè) ...................................... 24 第 2節(jié) 溫度檢測(cè) .......................................... 24 第 3節(jié) 軸向位移和徑向跳動(dòng)檢測(cè) ............................ 25 電渦流傳感器工作原理及特性 .......................................................................... 25 檢測(cè)方案 ............................................................................................................... 26 第 4節(jié) 機(jī)殼振動(dòng)速度與噪聲檢測(cè) ........................... 28 第 5節(jié) 總體檢測(cè)控制框圖 .................................. 29 第 5 章 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...............................30 第 1節(jié) 電主軸支撐機(jī)構(gòu) ................................... 30 目錄 2 第 2節(jié) 測(cè)試棒強(qiáng)度分析 ................................... 31 設(shè)計(jì)總結(jié) ...........................................33 致 謝 .............................................35 參考文獻(xiàn) ...........................................36 附圖 1 電磁鐵組件 ...................................38 附圖 2 電主軸 ......................................39 附圖 3 電力測(cè)功機(jī)組件 ...............................40 附圖 4 總體試驗(yàn)平臺(tái) .................................41 第 1 章 緒論 現(xiàn)代制造業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，其制造技術(shù)水平和設(shè)備制造能力的高低，是衡量一個(gè)國(guó)家科技技術(shù)水平和綜合國(guó)力水平的重要標(biāo)志。本文針對(duì)轉(zhuǎn)速 18000r/min、功率為 22Kw 的電主軸進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，為電主軸 的可靠性研究提出了一種新方法。研究高速電主軸技術(shù)，一方面可以打破先進(jìn)國(guó)家對(duì)我國(guó)的技術(shù)壟斷，提升我國(guó)技術(shù)制造業(yè)的整體水平，增強(qiáng)我國(guó)制造業(yè)在國(guó)際上的整體競(jìng)爭(zhēng)能力；另一方面，高速電主軸技術(shù)可以大幅度降低生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，提高產(chǎn)品的加工效率和加工質(zhì)量，降低社會(huì)成本，創(chuàng)造更多的社會(huì)財(cái)富。但是我們應(yīng)該意識(shí)到，目前我國(guó)可靠性技術(shù)在工業(yè)和企業(yè)的應(yīng)用還不廣泛，與先進(jìn)國(guó) 家相比還存在較大的差距。陳鋒 [6] 基 于模態(tài)分析理論，對(duì)最高轉(zhuǎn)速為 60000 r/min的磨削型高速電主軸進(jìn)行了模態(tài)實(shí)驗(yàn)。電主軸是高速軸承技術(shù)、冷卻技術(shù)、潤(rùn)滑技術(shù)、動(dòng)平衡技術(shù)、精密制造與裝配技術(shù)以及電機(jī)高速驅(qū)動(dòng)等技術(shù)的綜合運(yùn)用。 （ 3）潤(rùn)滑技術(shù)。 第 3 節(jié) 電主軸基本信息 本試驗(yàn)選用的是洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司研發(fā)的 170XDS30Q22型數(shù)控銑用電主軸，其基本信息如下： ne=23000r/min nm=30000r/min fe= fm=500HZ Ue=380V Um=380V Pe=22KW Pm=22KW Ie=39A Im= Me= Mm=7Nm : 靜態(tài)：電主軸錐孔↗≤ 電主軸 +檢具遠(yuǎn)端↗≤ 電主軸軸向竄動(dòng)↗≤ 動(dòng)態(tài)：電主軸以態(tài) 30000r/min 運(yùn)行時(shí)其振動(dòng) V≤ 2mm/S 電主軸以 30000r/min 運(yùn)行時(shí)其噪聲≤ 80db（ A） 電主軸運(yùn)行 4小時(shí)后外殼溫升≤ 25℃ (1)外型安裝尺寸： 216。接觸式加載在速度不高時(shí)有較強(qiáng)的使用性，但是在高速主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，軸承受動(dòng)態(tài)力，將產(chǎn)生大量的熱和磨損，為了延長(zhǎng)軸承的使用壽命就要添加冷卻系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)。其缺點(diǎn)是控制不便、測(cè)量精度差、難于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱及自動(dòng)調(diào)節(jié)。但是直流測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)速最多能達(dá) 4000rpm，轉(zhuǎn)速達(dá)不到實(shí)驗(yàn)要求。電力測(cè)功機(jī)卻可以方便的實(shí)現(xiàn)雙向加載，同時(shí)在轉(zhuǎn)速到 0r/min 時(shí)依然可以提供足夠的加載能力；其加載特性為零轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速為恒扭矩特性，額定轉(zhuǎn)速至最高轉(zhuǎn)速為吉林大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 恒功率特性，完全符合動(dòng)力機(jī)械的負(fù)載特性；而且，電力測(cè)功機(jī)可以作為動(dòng)力機(jī)械倒拖原動(dòng)機(jī)，可以作為機(jī)械效率試驗(yàn)的動(dòng)力和發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)動(dòng)力使用。 (2)單位力體積比電動(dòng)式小，激振力比電動(dòng)式大，沒(méi)有附加質(zhì)量的影響。底座采用 HT250 鑄造，實(shí)際試驗(yàn)中底座受動(dòng) 態(tài)力，需要添加的軸向力最大為 ，故只需對(duì)底座在最大受力狀態(tài)下的最大變形量即可。兩鐵芯間距離應(yīng)該大于 2倍線寬取 66mm，高度取 90mm。電主軸的速度和轉(zhuǎn)矩反映了其電機(jī)高速驅(qū)動(dòng)裝置的性能。 本實(shí)驗(yàn)選用的電主軸要求主軸在 運(yùn)行 4 小時(shí)后外殼溫升 ? 25℃，通過(guò)軟件控制，當(dāng)溫度超過(guò) 25℃時(shí)，停止電主軸的運(yùn)行。通常能做到控制 ? , ? , ? , I, ω這幾個(gè)參數(shù)在一定范圍內(nèi)不變，則線圈的特征阻抗 Z 就成為距離 D 的單值函數(shù)，雖然它整個(gè)函數(shù)是一非線性的，其函數(shù)特征為“ S”型曲線，但可以選取它近似為線性的一段。主軸振動(dòng)速度出廠標(biāo)準(zhǔn)為當(dāng)轉(zhuǎn)速為 30000r/min 時(shí)，振動(dòng)速度不能超過(guò) 2mm/s，檢測(cè)振動(dòng)速度用 RP6700 系列 一體化速度振動(dòng)變送器。 第 5 節(jié) 總體檢測(cè)控制框圖 檢測(cè)控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。 吉林大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 設(shè) 計(jì)總結(jié) 從去年 11 月份開(kāi)始接觸這個(gè)課題，剛一接觸這個(gè)項(xiàng)目，我都不知道電主軸具體是什么東西，然后下來(lái)收集資料，并且到國(guó)內(nèi)最大的電主軸生產(chǎn)公差 —— 洛陽(yáng)軸承科技股份有限公司進(jìn)行實(shí)地考察，參觀了電主軸的生產(chǎn)線，并和搞電主軸研究的高級(jí)工程師徐同申學(xué)習(xí)很多關(guān)于電主軸的知識(shí)，包括電主軸的結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)方式、