高速電主軸非接觸式加載可靠性試驗課件

1、 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）中文題目 高速電主軸非接觸式加載可靠性試驗系統(tǒng)設(shè)計 英文題目 The design for high-speed motorized spindle contactless loading reliability test system 學(xué)生姓名 方杰 班級 410705 學(xué)號 41070527 學(xué) 院 機械科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè) 機械工程及自動化專業(yè) 指導(dǎo)教師 陳菲 職稱 副教授 吉林大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計）承諾書 本人鄭重承諾：所呈交的學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文（設(shè)計），是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立進行實驗、設(shè)計、調(diào)研等工作基礎(chǔ)上取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論

2、文（設(shè)計）不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的作品成果。對本人實驗或設(shè)計中做出重要貢獻的個人或集體，均已在文中以明確的方式注明。本人完全意識到本承諾書的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計）作者簽名： 年 月 日摘要摘 要為了準確反映高速電主軸的實際工況，對電主軸進行可靠性試驗，本文設(shè)計了一套能同時模擬實現(xiàn)主軸所受扭矩、徑向力和軸向力的加載系統(tǒng)利用電力測功機實現(xiàn)扭矩加載、非接觸式激振器實現(xiàn)徑向加載、自行設(shè)計的電磁鐵實現(xiàn)軸向加載。該系統(tǒng)不但能完成對電主軸的動態(tài)加載，還可以檢測出電主軸在加載過程中的基本性能參數(shù)和故障指標參數(shù)，并收集故障數(shù)據(jù)，繪制故障數(shù)據(jù)曲線并做出可靠性分析，提高電主軸的可

3、靠性。本文針對轉(zhuǎn)速18000r/min、功率為22Kw的電主軸進行加載實驗設(shè)計，為電主軸的可靠性研究提出了一種新方法。本設(shè)計對以上問題進行了分析，主要內(nèi)容如下：1 綜述了可靠性和電主軸可靠性的研究現(xiàn)狀。2 電主軸結(jié)構(gòu)原理介紹和針對選用的電主軸進行受力計算。3 電主軸加載設(shè)計扭矩加載、軸向力和徑向力加載。4 電主軸檢測控制系統(tǒng)設(shè)計和相應(yīng)設(shè)備的選用。5 其他輔助零件設(shè)計如電主軸的夾持支撐機構(gòu)，最后完成其整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計。關(guān)鍵詞：高速電主軸 可靠性 非接觸式加載 設(shè)計AbstractAbstractIn order to reflect the actual working conditions of

4、 high-speed motorized spindle accurately, and text the reliability of the spindle, the paper design a set of simulated system simultaneously suffered the spindle torque, radial force and axial force loading, which use electric dynamometer to achieve the torque loading, contactless shaker to achieve

5、radial loading, the solenoid designed to achieve axial loading. The system not only completes the dynamic loading of the spindle, but also detects the basic performance parameters and fault indicators parameter of the spindle in the loading process. And it collects failure data, draws the curves of

6、fault data and makes reliability analysis, improving the reliability of the spindle. This paper designs the loading text of the spindle whose maximum speed is 18000rpm and electric power is 22Kw, which proposing a new method for the reliability of spindle.This design has carried on the analysis to t

7、he above questions, the primary coverage is as following:1. Reviewed the reliability and the reliability of spindle.2. The introduction of spindles structure and principle and calculating the stress of the used spindle. 3. The design for spindle loading：the torque loading ,the radial and axial loadi

8、ng.4. The design of motorized spindle test and control system and the choosing of corresponding equipment.5. Other auxiliary parts design such as electric spindle supporting institution, and finishing its whole structure design. Key words: High-speed motorized spindle; Reliability; Contactless loadi

9、ng;Design目錄目 錄第1章 緒論1第1節(jié)可靠性的研究現(xiàn)狀11.1 國外可靠性研究現(xiàn)狀11.2 國內(nèi)可靠性研究現(xiàn)狀2第2節(jié) 電主軸的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀3第2章電主軸5第1節(jié)電主軸結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)51.1 電主軸機構(gòu)5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) 電主軸受力計算8第3章 加載機構(gòu)設(shè)計10第1節(jié) 扭矩加載設(shè)計101.1 測功機的選型111.2 DLG22型懸浮式交流電力測功機12第2節(jié) 軸向力加載設(shè)計15第3節(jié) 徑向力加載設(shè)計17第4章 檢測控制系統(tǒng)設(shè)計22第1節(jié) 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩檢測23第2節(jié) 溫度檢測23第3節(jié) 軸向位移和徑向跳動檢測243.1 電渦流傳感器工作原理及特性2

10、43.2 檢測方案25第4節(jié) 機殼振動速度與噪聲檢測27第5節(jié) 總體檢測控制框圖28第5章 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計29第1節(jié) 電主軸支撐機構(gòu)29第2節(jié) 測試棒強度分析30設(shè)計總結(jié)32致 謝34參考文獻35附圖1 電磁鐵組件37附圖2 電主軸38附圖3 電力測功機組件39附圖4 總體試驗平臺402吉林大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書第1章 緒論現(xiàn)代制造業(yè)作為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，其制造技術(shù)水平和設(shè)備制造能力的高低，是衡量一個國家科技技術(shù)水平和綜合國力水平的重要標志。而現(xiàn)代制造技術(shù)結(jié)合了現(xiàn)代信息技術(shù)和微電子技術(shù)的理論與應(yīng)用成果，發(fā)展了以數(shù)控機床為基礎(chǔ)的自動化加工技術(shù)，從而促進了高速加工技術(shù)、精密和超精密加工技術(shù)的迅猛發(fā)

11、展。近幾十年來，高速加工技術(shù)得到了迅猛地發(fā)展，尤其在工業(yè)發(fā)達的國家，它已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個部門。高速電主軸作為高速加工的核心部件，隨著高速數(shù)控機床和高速加工中心等高速加工機床相繼投放國際市場，它的需求正與日劇增，國內(nèi)外各研究機構(gòu)紛紛投入力量來開發(fā)此項目技術(shù)。高速電主軸作為現(xiàn)代高速加工技術(shù)的核心技術(shù)之一，在高性能機床上的廣泛應(yīng)用，不僅大幅度提高了加工效率，降低了生產(chǎn)成本，改善了產(chǎn)品質(zhì)量，在為社會創(chuàng)造巨大物質(zhì)財富的同時，更促進了新材料、新技術(shù)的應(yīng)用與推廣，并帶動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。研究高速電主軸技術(shù)，一方面可以打破先進國家對我國的技術(shù)壟斷，提升我國技術(shù)制造業(yè)的整體水平，增強我國制造業(yè)在國際上

12、的整體競爭能力；另一方面，高速電主軸技術(shù)可以大幅度降低生產(chǎn)準備時間，提高產(chǎn)品的加工效率和加工質(zhì)量，降低社會成本，創(chuàng)造更多的社會財富。高速電主軸的性能高低在一定程度上決定了機床的整體發(fā)展水平，因此高速加工機床對高速電主軸的技術(shù)指標有著嚴厲而苛刻的要求，使其不同于傳統(tǒng)的主軸系統(tǒng)，其安全性、可靠性和動態(tài)性能也成為結(jié)構(gòu)設(shè)計和機床運行中的首要考慮的問題。因此，無論在理論研究還是實際應(yīng)用上，對高速電主軸相關(guān)技術(shù)的研究均具有重要的學(xué)術(shù)意義和社會經(jīng)濟效益。高速電主軸作為數(shù)控機床關(guān)鍵功能部件之一，其可靠性對機床的可靠性起著決定性的作用，因此研制其可靠性試驗臺對于提高數(shù)控機床整機的MTBF水平具有重要意義。第1節(jié)

13、 可靠性的研究現(xiàn)狀1.1 國外可靠性研究現(xiàn)狀可靠性理論萌芽于40 年代的航空領(lǐng)域，提出于50 年代的美國國防部門，從60 年代開始全面發(fā)展，到70年代進入成熟階段，進入80、90 年代可靠性技術(shù)逐步深入發(fā)展階段1，國外專家、學(xué)者把可靠性和維修性要求與性能要求同等看待，強調(diào)保障性要求，并重視測試性及故障診斷技術(shù)的研究，同時發(fā)展了綜合化的可靠性計算機程序。在70年代，機床可靠性技術(shù)發(fā)源于前蘇聯(lián)，蘇聯(lián)某些高校機床界的權(quán)威人士，如50年代曾來中國講學(xué)的機床專家A.C.普羅尼柯夫，根據(jù)機床產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)、功能、外載荷等方面的特殊性，對機床可靠性進行過專門的研究，建立了機床可靠性的一些基本理論，在機床領(lǐng)域進行

14、可靠性研究開辟了新途徑，發(fā)表了一系列針對機床具體產(chǎn)品的可靠性著作（如導(dǎo)軌磨損等規(guī)律對機床精度故障和無故障工作時間的影響、機床熱變形等），并出版了論述數(shù)控機床可靠性與精度的專著。近年來，俄羅斯新一代的機床可靠性研究人員，其中以B.B.巴拉巴諾夫、B.C.瓦西里耶夫等為代表的新一代學(xué)者所進行的研究反映了俄羅斯數(shù)控機床可靠性研究的動向和現(xiàn)狀2。他們重視對數(shù)控機床使用過程中的經(jīng)濟效益的研究，提出了技術(shù)使用系數(shù)的概念，并且建立了它的信息概率模型，在機床承載能力預(yù)測方面也做了大量的工作，在機床早期故障的排除方面，提出了進行工藝試運轉(zhuǎn)和可靠性試驗的方法。另外，俄羅斯學(xué)者還對機床故障情況進行了收集分類，并進行

15、了保護和預(yù)防等方法的研究。這些研究雖然可以對數(shù)控機床的加工精度進行了控制和預(yù)報,但實際表明數(shù)控機床的故障表現(xiàn)多為功能性故障，所以這種研究對當(dāng)前機床可靠性中急需解決的關(guān)鍵問題效果不怎么明顯。美英等國家在數(shù)控加工中心領(lǐng)域，大多數(shù)進行現(xiàn)場故障數(shù)據(jù)的采集和對故障數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計分析以及指標的評定，還沒見到對機床進行系統(tǒng)的可靠性研究的報導(dǎo)1。日本在民用產(chǎn)品（如汽車、家電等）中的可靠性研究舉世矚目，但在數(shù)控機床領(lǐng)域，也限于注重現(xiàn)場故障數(shù)據(jù)的采集和分析，從故障診斷分析入手，尋找故障原因，提出了可靠性改進措施，對提高機床產(chǎn)品的可靠性水平起了積極作用。1.2 國內(nèi)可靠性研究現(xiàn)狀原電子工業(yè)部五所最早開展可靠性工作，

16、在60 年代初，該所就進行了可靠性評估的開拓性工作，促進了我國可靠性工程的發(fā)展。70 年代我國的可靠性工作開始于從引進國外標準資料，可靠性工程應(yīng)用在電子、機械、電力、航天、儀表等部門，并取得不同程度的進展3。80 年代我國的各種可靠性機構(gòu)、學(xué)術(shù)團體得到迅速發(fā)展，在可靠性數(shù)學(xué)和可靠性理論、機構(gòu)可靠性分析方面上已取得了一些成績，發(fā)表了一系列文章,從理論上和實踐方面進行了相關(guān)的探索。其中有很多方面值得在數(shù)控機床的可靠性設(shè)計中借鑒。但是我們應(yīng)該意識到，目前我國可靠性技術(shù)在工業(yè)和企業(yè)的應(yīng)用還不廣泛，與先進國家相比還存在較大的差距。另外，我國臺灣學(xué)者王國松等應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)方法對柔性制造系統(tǒng)的故障模式、故障率

17、及可靠度模型等進行了分析。我國對數(shù)控機床可靠性研究比較晚，是從二十世紀80 年代末期開始的。90 年代以來，我國把數(shù)控機床可靠性的基礎(chǔ)研究工作列入到了“八五”和“九五”國家重點科技攻關(guān)計劃中，制訂了CNC 系統(tǒng)可靠性測定試驗方案及一系列標準。積累并處理了部分國產(chǎn)加工中心的故障和維修數(shù)據(jù)，對國內(nèi)外部分加工中心的使用狀況，進行了可靠性初步考核,并取得成果, 但國產(chǎn)數(shù)控機床的整體可靠性水平與進口數(shù)控機床相比仍有較大差距。機床現(xiàn)代診斷技術(shù)是一門近20多年來發(fā)展起來的新興學(xué)科，它是在機床的運行過程中針對機床的運行狀態(tài)及時做出判斷，并采取相應(yīng)解決措施，以提高機床運行的可靠性，進一步提高了機床的利用率。在我

18、國機床可靠性的研究中，吉林大學(xué)計算機數(shù)控裝備可信性研究所進行了大量的研究工作3。對數(shù)控車床載荷譜進行了初步研究，對數(shù)控車床進行初步故障分析和維修性分析，對無故障工作時間進行了時間序列分析，得出無故障工作時間的AR模型。對機床的主傳動系統(tǒng)進行了動力特性分析，并對傳動件的可靠性設(shè)計進行了初步研究。目前可靠性技術(shù)的發(fā)展趨勢是：一方面與現(xiàn)代信息科學(xué)相結(jié)合，使可靠性技術(shù)實現(xiàn)了“信息化”，發(fā)展現(xiàn)代化的可靠性技術(shù)；另一方面，可靠性技術(shù)與具體產(chǎn)品相結(jié)合的，根據(jù)不同產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能特點研究故障分布和演變過程的規(guī)律，發(fā)展具有行業(yè)特色的實用化的可靠性技術(shù)4。第2節(jié) 電主軸的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)對電主軸的研究主要對

19、電主軸某一方面的性能進行過研究，對電主軸整體可靠性試驗研究還比較缺乏。于印民5通過搭建測試平臺，深入研究了高速電主軸誤差測量原理，并完成了測試平臺的搭建。采用USB數(shù)據(jù)采集卡和PC機，在VB6.0編程環(huán)境下，開發(fā)了高速電主軸徑向振動及軸向熱伸長數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。然后，采用紅外溫度傳感器、電渦流位移傳感器，對高速電主軸軸端溫度、軸向熱伸長、徑向振動和進行了非接觸實式測量。并對高速電主軸空載運行時測試曲線的分析，得出了測試電主軸的振動性能和穩(wěn)定時間。最后，提出了一些高速電主軸的誤差補償措施，并通過“普傳PI7000.7R5H32型變頻器監(jiān)控系統(tǒng)”來控制變頻器以達到調(diào)節(jié)電主軸運行狀態(tài)的目的，實現(xiàn)了閉環(huán)控

20、制，對高速電主軸徑向振動實時測量及軸向伸長與補償進行研究，為電主軸研究提供了一個實時、動態(tài)的測試電主軸性能的測試系統(tǒng)。陳鋒6 基于模態(tài)分析理論，對最高轉(zhuǎn)速為60000 r/min的磨削型高速電主軸進行了模態(tài)實驗。介紹了實驗方法，并分析了實驗結(jié)果，提取了該電主軸的模態(tài)參數(shù)（固有阻尼、振型和頻率）,驗證其是否符合高精度加工生產(chǎn)的要求以及所采用實驗方法的正確性，同時闡明了電主軸產(chǎn)生振動的主要原因。并運用隨機子空間法對電主軸進行模態(tài)參數(shù)的識別，排除了電主軸工作在共振區(qū)的可能性。胡愛玲7利用ansys軟件對電主軸的結(jié)構(gòu)和動靜態(tài)特性進行了深入的研究，再對其優(yōu)化，對電主軸的工作性能提高有十分重要的意義?？递x

21、民8、王永賓9分別研制了電主軸的綜合性能測試與評價試驗臺，前者開展對電主軸的性能測試與分析，開發(fā)了相應(yīng)的測試與評價軟件系統(tǒng)，建立了電主軸的測試與評價的規(guī)范；后者在控制方法與數(shù)學(xué)模型之間的相互關(guān)系、動態(tài)測試方法、穩(wěn)態(tài)和動態(tài)數(shù)學(xué)模型的建立、交叉耦合電壓的解耦效果以及它們對主軸動態(tài)性能的影響。并且在主軸整體動力學(xué)熱模型的建立和溫升的影響因素確定等方面取得了一定的理論和試驗測試成果，為高速電主軸的的后續(xù)研究作出了一定的貢獻。因可靠性現(xiàn)場試驗存在投入大，周期長的不足，國內(nèi)對電主軸可靠性研究還比較少，正因為如此，更應(yīng)發(fā)展可靠性試驗臺的研究。對樣品系列進行可靠性試驗，為產(chǎn)品可靠性水平提供重要依據(jù)，方便日后的

22、市場投入。國內(nèi)外對電主軸的可靠性有過一些研究，秦少軍10在建立可靠性數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，對電主軸的可靠性進行了預(yù)測，并為提高電主軸系統(tǒng)的可靠性提出了一些建議。李彥，竇懷洛等11針對高速電主軸高可靠性的要求，在高速電主軸現(xiàn)有機構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用動態(tài)設(shè)計方法，得出電主軸和滾動軸承的動態(tài)特性，進而再研究軸向跨距、預(yù)緊力、轉(zhuǎn)軸各臺階外徑以及軸承對高速電主軸臨界轉(zhuǎn)速的影響因素，最終得到較合理的電主軸結(jié)構(gòu)；同時，對高速電主軸的密封、冷卻、潤滑、材料等方面也進行了研究，以實現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計，從而滿足了高速電主軸的高可靠性要求。在國內(nèi)外可靠性試驗臺并不多見，而建立專門的電主軸可靠性試驗臺實屬首例。相較于其他試驗手段，

23、試驗臺更適于對機床功能部件可靠性進行系統(tǒng)的研究。4吉林大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書第2章 電主軸第1節(jié) 電主軸結(jié)構(gòu)由機床內(nèi)裝式電動機直接驅(qū)動機床主軸，基本上取消了帶輪傳動和齒輪傳動，把機床主傳動鏈的長度縮短為零，實現(xiàn)了“零傳動”方式。這種把主軸電動機與機床主軸“合二為一”的傳動結(jié)構(gòu)形式，使主軸部件從機床的傳動系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對獨立出來，稱之為“主軸單元”，俗稱為“電主軸”。電主軸是一種智能型功能部件，由于轉(zhuǎn)速高、功率大，就需要有一系列控制主軸溫升與振動等機床運行參數(shù)的功能，以確保其高速運轉(zhuǎn)的可靠性與安全。圖2-1 電主軸基本結(jié)構(gòu)電主軸的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，它由定子、轉(zhuǎn)子、軸承、潤滑裝置和冷卻裝

24、置等構(gòu)成。電主軸是高速軸承技術(shù)、冷卻技術(shù)、潤滑技術(shù)、動平衡技術(shù)、精密制造與裝配技術(shù)以及電機高速驅(qū)動等技術(shù)的綜合運用。其主要特點如下：(1)機械結(jié)構(gòu)相對簡單，運動慣量小，動態(tài)響應(yīng)性好，能實現(xiàn)很高的速度和加速度以及定角度的快速準停。(2)電主軸系統(tǒng)沒有高精密齒輪等關(guān)鍵傳動零件，消除了齒輪傳動誤差。(3)減少了主軸的振動和噪聲，提高了主軸的回轉(zhuǎn)精度。(4)用交流變頻調(diào)速和矢量控制，輸出功率大，調(diào)速范圍寬，功率-扭矩特性好。電動機會產(chǎn)生大量的熱，軸承在高速運轉(zhuǎn)下也會產(chǎn)生大量的熱，這兩個熱源構(gòu)成了主軸主要的內(nèi)部熱源，如果不加以控制，由此引起的熱變形會降低機床的加工精度和軸承的使用壽命，從而需要設(shè)計專門用

25、于冷卻電動機的油冷或水冷系統(tǒng)。主軸的變速是通過變頻器來實現(xiàn)的。高速軸承要有專門的潤滑裝置，潤滑方式有油脂潤滑、油氣潤滑、油霧潤滑，高速電主軸一般采用后兩種潤滑方式。為了保證高速回轉(zhuǎn)部件的安全，還要有報警裝置及停止用的傳感器及其相應(yīng)控制系統(tǒng)等一系列支持電主軸運轉(zhuǎn)的外圍設(shè)備和技術(shù)。因此，“電主軸”的概念不應(yīng)簡單地理解為只是一根主軸，而是一個在機床數(shù)控系統(tǒng)監(jiān)控下完整的的子系統(tǒng)，如圖2-2所示。圖2-2 電主軸系統(tǒng)第2節(jié) 電主軸的關(guān)鍵技術(shù)電主軸單元是一套組件，它是一項涉及電主軸本身及其附件的系統(tǒng)工程技術(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）高速電機技術(shù)。電主軸是電動機與主軸融合的產(chǎn)物，

26、主軸的旋轉(zhuǎn)部分即為電機的轉(zhuǎn)子，理論上就可以把電主軸看作一臺高速電動機，其關(guān)鍵技術(shù)是高速度下的動平衡、主軸內(nèi)勵磁的穩(wěn)定性以及驅(qū)動技術(shù)。（2）軸承技術(shù)。由于普通鋼制軸承質(zhì)量大，限制了它的極限轉(zhuǎn)速，電主軸通常采用陶瓷球軸承，陶瓷球軸承分為全陶瓷軸承和混合陶瓷軸承兩種，陶瓷材料具有優(yōu)良的物理、化學(xué)和機械性能。有時也采用靜壓軸承，或電磁懸浮軸承，內(nèi)外圈不接觸，理論上命無限長。（3）潤滑技術(shù)。電主軸的潤滑主要是軸承的潤滑，主要有油霧潤滑、油氣潤滑及油脂潤滑，一般采用的是油氣潤滑和油霧潤滑，也可以采用脂潤滑，但其相應(yīng)的最高速度有了限制。油氣潤滑，通常是潤滑油在壓縮空氣的攜帶下，被吹入陶瓷軸承。這里，油量控制

27、顯得十分重要，油量過少，起不到潤滑作用；油量過多，又會在軸承高速旋轉(zhuǎn)時因油的阻力而發(fā)熱。（4）內(nèi)置脈沖編碼器技術(shù)。為了實現(xiàn)自動換刀以及剛性攻螺紋，電主軸內(nèi)需安裝一個脈沖編碼器，以實現(xiàn)相位的準確控制以及與進給的配合。（5）矢量變頻技術(shù)。要實現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬甚至十幾萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，必須用高頻變頻裝置來驅(qū)動電主軸的內(nèi)置高速電動機，變頻器的輸出頻率甚至需要達到幾千赫茲。（6）高速刀具的裝卡技術(shù)。廣為熟悉的BT、ISO刀具不適合于高速加工。在高速加工此背景下出現(xiàn)了的HSK、SKI等高速刀柄被廣泛運用到了高速電主軸中。（7）自動換刀技術(shù)。為了適用于加工中心，電主軸配備了能進行自動換刀的裝置，包括拉刀油缸、碟

28、形彈簧等。（8）冷卻技術(shù)。內(nèi)置電機和主軸軸承是電主軸的兩個主要熱源，電主軸的冷卻系統(tǒng)主要依靠冷卻液的循環(huán)流動來實現(xiàn)。外水套和內(nèi)水套為電主軸冷卻系統(tǒng)的兩種冷卻方式。第3節(jié) 電主軸基本信息本試驗選用的是洛陽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：1.基本參數(shù)ne=23000r/min nm=30000r/min fe=383.33HZ fm=500HZ Ue=380V Um=380V Pe=22KW Pm=22KW Ie=39A Im=40.5A Me=9.15Nm Mm=7Nm 2.主要技術(shù)精度: 靜態(tài)：電主軸錐孔0.003mm電主軸+檢具遠端0.008

29、mm電主軸軸向竄動0.002mm動態(tài)：電主軸以態(tài)30000r/min運行時其振動V2mm/S電主軸以30000r/min運行時其噪聲80db（A）電主軸運行4小時后外殼溫升25 3.基本外型安裝尺寸與結(jié)構(gòu)要素(1)外型安裝尺寸：170h6350 +12072+60(2)法蘭22025中心節(jié)園1940.15安裝6-M8內(nèi)六角(3)前軸承組：2-VEX45/NS 7CE1 DDL 后軸承組：2-VEX45/NS 7CE1 DDL(4)安裝HSKE-40刀柄（用戶自備） 帶HSKE40拉爪 OTT松拉刀系統(tǒng)配帶雙向油缸 拉刀力560Kg 松刀力850 Kg 進入油缸油壓3MPa(5)配omron拉刀

30、 松拉刀接近開關(guān)(6)配MCW-25-01精密水冷機(7)配意大利西技聯(lián)4路油氣裝置(8)主軸前后軸承油氣潤滑油品為32#汽輪機油 進氣壓力為0.5-0.8MPa 出氣壓力為0.2-0.25 MPa 用油量：1滴/min(9)配用MCW-25C-01精密水冷機，冷卻主軸電機和前后軸承，進入主軸冷卻腔體介質(zhì)溫度15冷卻水配方：2%無水碳酸鈉，1%亞硝酸鈉，97%水第4節(jié) 電主軸受力計算電主軸在實際工況中所受力即切削力。機械加工工藝手冊里對切削力的定義如下：在切削加工時，刀具切入工件，使被加工材料產(chǎn)生彈性和塑性變形而形成切削所需要的力稱為切削力。切削力來自于切削過程中：克服切削變性去材料塑性變形所

31、需的抗力；克服切削對前刀面的摩擦力和刀具后刀面對已加工表面和過渡表面的摩擦力所需的抗力?？朔邢髯冃螀^(qū)材料的彈性變形所需的抗力。由于切削力的大小和方向受到切削過程許多因素的影響，它們都是不固定的。為了便于分析測量，將切削力分解為三個相互垂直于坐標軸方向的分力或力矩來表示，如圖1所示。查機械加工工藝手冊得銑削力和銑削功率的計算公式如下：扭矩(Nm): .背吃刀力和進給切削力按立銑、硬質(zhì)合金刀加工碳素結(jié)構(gòu)鋼、逆銑估算：背吃刀力: .進給切削力：將電主軸的額定轉(zhuǎn)矩帶入式，按HSKE-40刀柄標準，取則：取:取為了模擬真實工況，需要添加的軸向力即，加載的徑向力為和的合力,即：。所以需要加載的軸向力為3

32、43.125N,徑向力為943.16N，考慮切削過程中的動態(tài)因素和其他的不穩(wěn)定因素，最大軸向力按400N，最大徑向力按1000N來設(shè)計。圖1 刀具受力分解圖32吉林大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書第3章 加載機構(gòu)設(shè)計測功機是動力試驗的重要設(shè)備，它在試驗中能吸收被測設(shè)備的功率和轉(zhuǎn)矩，而且可以通過變頻器對測功機的控制來改變被測設(shè)備的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率，因此扭矩加載選用測功機。軸向力和徑向力加載有利用伺服電機作為動力源，然后通過錐齒輪減速傳遞到安裝在電主軸測試棒上面的徑向滾動軸承和平面滾動軸承的機械接觸式加載；還有用兩組勵磁繞組在軸側(cè)面和軸端面實現(xiàn)非接觸式加載8。接觸式加載在速度不高時有較強的使用性，但是在高速

33、主軸高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，軸承受動態(tài)力，將產(chǎn)生大量的熱和磨損，為了延長軸承的使用壽命就要添加冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)。而在高速情況下，冷卻系統(tǒng)一般用水冷，潤滑系統(tǒng)一般采用油氣或油霧潤滑，這兩個系統(tǒng)將很復(fù)雜而且需要較大的空間來安裝，而電主軸的測試棒不能太長，空間有限，加載較難實現(xiàn)，這就導(dǎo)致加載系統(tǒng)的可靠性不及電主軸的可靠性，導(dǎo)致可靠性試驗失敗。而非接觸式磁力加載中，軸向力加載，將勵磁繞組放在主軸軸線上，由于主軸受的軸向力受力點是切削刀具圓周上，不是在軸線上，所以將勵磁繞組放在側(cè)面更能反映切削工況。其總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-1。.1電力測功機 2 彈性聯(lián)軸器 3 電磁鐵 4 導(dǎo)磁體 5 非接觸式電磁激振器 6

34、陶瓷測試棒 7電主軸圖3-1 可靠性試驗平臺結(jié)構(gòu)示意圖非接觸式激振器5內(nèi)部結(jié)構(gòu)為兩組勵磁繞組，一個直流繞組和一個交流繞組。為了避免電磁鐵3、激振器5和電主軸7的勵磁互相干擾，中間的測試棒6采用陶瓷材料加工。導(dǎo)磁體4采用目前磁性最高的永磁材料釹鐵硼（NdFeB），其磁能積在2750MGoe之間。高速對聯(lián)軸器2的要求較高，采用的是彈性膜片聯(lián)軸器。第1節(jié) 扭矩加載設(shè)計測功機作為旋轉(zhuǎn)類動力源輸出性能的常用測試設(shè)備，在電機等動力源的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、輸出功率的測試和檢驗中起著無可替代的作用，它能對被測動力源施加可變負載轉(zhuǎn)矩并吸收其功率。測試時，通過高速聯(lián)軸器將測功機的軸與被加載的加載器的軸與被測電機的輸出軸通

35、過聯(lián)軸器連接，且在加載器的軸上安裝光柵盤，以達到被測電機的同步轉(zhuǎn)速測量的目的；通過控制加載電壓或電流的方式控制加載器向被測動力源加載，加載力度的大小可以通過控制儀器調(diào)節(jié)，加載到什么程度，可由測功機智能顯示儀直接將力矩數(shù)字顯示。再結(jié)合其他檢測輔助設(shè)備，可以測試各種類型電機的輸入電壓、電流、輸出轉(zhuǎn)矩和功率、轉(zhuǎn)速、功率因數(shù)及效率等特性曲線，完成對被測電機性能動態(tài)測試.測功機可分為按加載器的工作方式不同可以分為水力測功機、磁粉測功機、電力測功機等，電力測功機包括直流測功機，交流測功機，渦流測功機。測功機的轉(zhuǎn)速一般在10000r/min左右，超過兩萬轉(zhuǎn)就頗為困難，在運轉(zhuǎn)時會有強烈的振動和刺耳的噪聲，軸承

36、會急劇發(fā)熱，其可靠性很低12。此次選用的電主軸轉(zhuǎn)速能達到22000r/min,實驗要求最高達18000r/min,功率輸出為22Kw。1.1 測功機的選型水力測功機是利用物體在水中運動產(chǎn)生摩擦阻力吸收發(fā)動機的功率的一種測功裝置。在汽車行業(yè)已逐漸被電渦流測功機所代替，但因其單位轉(zhuǎn)動慣量的扭矩吸收能力強，在大功率測功及耐久性試驗等方面仍多采用。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、高速吸收、功率大、容易操作、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。其缺點是控制不便、測量精度差、難于實現(xiàn)遠距離操縱及自動調(diào)節(jié)。它由測力機構(gòu)、供水系統(tǒng)和制動器三部分組成?？煞譃槿~片式、水阻柱式、圓盤式三種。目前國內(nèi)水力測功機功率能到達20Kw的，最高轉(zhuǎn)速都在1

37、0000rpm以下。磁粉測功機內(nèi)部線圈通過電流時會產(chǎn)生磁場，該磁場將內(nèi)部磁粉按磁力線方向排成磁鏈，磁鏈產(chǎn)生的拉力將阻礙主軸的轉(zhuǎn)動，這就是負載力矩。通過改變勵磁電流的大小即可改變負載力矩的大小。磁粉測功機由實心轉(zhuǎn)子、定子、磁粉介質(zhì)、勵磁線圈、支架、底板等組成。其特點有：操作方便,力矩的大小只需通過調(diào)節(jié)勵磁電流大小就可實現(xiàn)。靜態(tài)轉(zhuǎn)矩力矩平滑，沒有齒槽波動轉(zhuǎn)矩和剩磁轉(zhuǎn)矩。測功機力矩的產(chǎn)生是由磁粉鏈的拉力形成，力矩變化不具有沖擊性。轉(zhuǎn)子為空心鼓形轉(zhuǎn)子，慣性小，可承受的離心力較大大。沒有摩擦結(jié)構(gòu)，使用壽命較長。磁粉測功機的功率達不到20Kw,使用水冷設(shè)備時功率可達15Kw，但最大轉(zhuǎn)速基本在1200rpm

38、左右，因此磁粉測功機達不到要求。直流測功機一般由直流發(fā)電機和控制器組成，利用直流發(fā)電機作為負載并將發(fā)出的電能通過其加載及回饋控制器（逆變器）回饋給輸入端，它和扭矩傳感器配接，即組成性能優(yōu)良的加載系統(tǒng)。直流電機的轉(zhuǎn)矩T=KTIa,即轉(zhuǎn)矩與磁通和電樞電流成正比，對于它激直流電機來說，只要勵磁電流不變，轉(zhuǎn)矩只與電樞電流成正比。直流測功機就是利用這一原理來穩(wěn)定調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩的。但是直流測功機轉(zhuǎn)速最多能達4000rpm，轉(zhuǎn)速達不到實驗要求。渦流測功機利用渦流產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩來測量機械轉(zhuǎn)矩的裝置。它由測力計、電磁滑差離合器和測速發(fā)電機組成。磁極被安裝其上的測力臂上并被掣住,只可以擺動一定的角度,與測力計配合就能由此

39、擺動角直接讀出電樞與磁極間的電磁轉(zhuǎn)矩；被測動力源與電磁滑差離合器的輸入軸相連接，并帶動電樞旋轉(zhuǎn)。省略掉風(fēng)摩損耗等測量誤差時，此電磁轉(zhuǎn)矩就等于被測動力機械的輸出轉(zhuǎn)矩。渦流測功機只能產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，不能作為電動機一直運行。一般用于測量動力源的轉(zhuǎn)速上升而轉(zhuǎn)矩下降，或轉(zhuǎn)矩變化而轉(zhuǎn)速基本不變的動力源。它的主要特點：控制器采用單相交流電源，控制功率小；輸入轉(zhuǎn)速范圍較寬，可用于變頻調(diào)速等各類電動機及動力機械的型式試驗；采用水冷卻、振動小、噪音低；轉(zhuǎn)矩的測量可以采用電子磅秤、高精度轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀或壓力傳感器等，適用于不同測量精度的場合；價格低廉、使用維護方便、結(jié)構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定；該裝置還能作制動器用，制動力矩較

40、大。交流電力測功機功率能達到22Kw，轉(zhuǎn)速能達18000rpm，最終選用的是四川城邦測控技術(shù)有限公司研發(fā)的DLG22型懸浮式交流電力測功機。1.2 DLG22型懸浮式交流電力測功機如圖3-2所示。交流電力測功機利用發(fā)電機的原理，吸收電主軸發(fā)出的能量，將其回饋電網(wǎng)，從節(jié)約能源角度，具有很大的優(yōu)越性。選用的交流測功機由一臺懸浮起來的交流電機，拉壓力傳感器測力裝置、轉(zhuǎn)速傳感器，安裝底座及與動力機械連接的法蘭，可四象限運行的ACS800系列交流變頻調(diào)速系統(tǒng)和交流電力測功機測控儀組成。其優(yōu)點如下：(1)節(jié)能 水力、電渦流測功機的基本原理是將原動機產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化為熱能由水冷卻后把熱量帶走，原動機發(fā)出的能

41、量不能回收，轉(zhuǎn)換過程中亦需耗費能量。而電力測功機卻可以把原動機產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)換為電能回饋到內(nèi)部電網(wǎng)，供其他設(shè)備使用。 (2)雙向加載及拖動特性 水力測功機只能在一個方向加載，同時轉(zhuǎn)速低于一定值時加載性能變差；不能作為反拖設(shè)備，在需要做發(fā)動機機械效率試驗時需要另外配置拖動設(shè)備。電渦流測功機可以雙向加載，但在低速時加載性能比水力測功機還差，不能作為反拖設(shè)備，在需要做發(fā)動機機械效率試驗時需要另外配置拖動設(shè)備。電力測功機卻可以方便的實現(xiàn)雙向加載，同時在轉(zhuǎn)速到0r/min時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)速為恒功率特性，完全符合動力機械的負載特性；而

42、且，電力測功機可以作為動力機械倒拖原動機，可以作為機械效率試驗的動力和發(fā)動機啟動動力使用。(3)瞬態(tài)加載特性 水力測功機的加載反應(yīng)時間基本上在秒級，電力測功機的加載反應(yīng)主時間為ms級，這主要取決與變頻器的階躍響應(yīng)和系統(tǒng)的慣性；就ACS800本身而言，控制信號的階躍響應(yīng)時間小于5ms 。 (4)反拖特性 水力測功機和電渦流測功機本身只消耗原動機能量，不能提供驅(qū)動動力，因此不能作為反拖設(shè)備。電力測功機可以方便的轉(zhuǎn)換成電機拖動模式，從電網(wǎng)吸收能量，作為動力機械倒拖原動機。 (5)可靠性 DL系列交流電力測功機的主機由國內(nèi)著名品牌配套，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器由四川誠邦測控技術(shù)有限公司或HBM公司制造，交流變頻

43、調(diào)速器由ABB公司配套。負載電機、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、變頻器均經(jīng)國家權(quán)威部門嚴格檢測，完全符合相關(guān)的行業(yè)標準。 (6)可維護性 由于采用了完全符合行業(yè)標準/國家標準的配套件，用戶在維護時不必依賴制造商，完全可以自行進行日常的維護保養(yǎng)，甚至在需要更換主機和傳感器時亦可獨立完成，降低維護保養(yǎng)費用。 (7)基建費用低 DL系列交流測功機本身帶有風(fēng)機冷卻，無需水冷裝置（包括水池和循環(huán)管道），節(jié)省基建費。 (9)緊急保護特性 測功機本身具有過流，斷相等保護功能，配合控制系統(tǒng)的超速保護功能，有效的避免了因原動機故障而引起的測功機損壞和原動機故障的擴大。圖3-2 交流電力測功機結(jié)構(gòu)圖1聯(lián)軸器 2校正臂 3拉壓力

44、傳感器 4電機接線盒5吊環(huán) 6電機 7 導(dǎo)風(fēng)罩 8冷卻風(fēng)機9轉(zhuǎn)速傳感器 10底座 11轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器接線盒 變頻器是ABB公司生產(chǎn)的 ACS-800系列變頻器，它對電機的控制采用用直接轉(zhuǎn)矩控制方式，該方式以轉(zhuǎn)矩為中心來進行磁鏈、轉(zhuǎn)矩的綜合控制，簡單地通過檢測電機定子電壓和電流，借助瞬時空間矢量理論計算和控制電機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，采用離散的兩點式調(diào)節(jié)器（BandBand 控制），把轉(zhuǎn)矩檢測值與轉(zhuǎn)矩給定值作比較，使轉(zhuǎn)矩波動限制在一定的容差范圍內(nèi)，容差的大小由頻率調(diào)節(jié)器來控制，并產(chǎn)生 PWM 脈寬調(diào)制信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進行控制，以獲得高動態(tài)性能的轉(zhuǎn)矩輸出。它的控制效果不取決于異步電動機的數(shù)學(xué)模

45、型是否能夠簡化，而是取決于轉(zhuǎn)矩的實際狀況，它的控制結(jié)構(gòu)簡單、控制信號處理的物理概念明確、系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速且無超調(diào)，是一種具有高靜、動態(tài)性能的交流調(diào)速控制方式。主要技術(shù)參數(shù)：(1)測控柜選用臥式機柜，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)測量參數(shù)自動顯示、打印、存儲，并有異?，F(xiàn)象報警功能；(4)同時完成各測試數(shù)據(jù)和報表的記錄及各種特性曲線繪制與輸出等功能；(5)測功機形式：采用供貨方DLG22型電力測功機，其具體技術(shù)參數(shù)及使用要求滿足供貨方產(chǎn)品使用說明書中要求；(6)測功機最大吸收功率：22kw；(7)測功機控制系統(tǒng)：采用ET2100控

46、制儀，具有手動和程控兩種控制方式;(8)特性曲線如圖3-3圖3-3 測功機特性曲線第2節(jié) 軸向力加載設(shè)計軸向力加載選用的是DJ-20型非接觸式電磁激振器，最大能提供1000N的力，最大激振力為200N，工作頻率范圍為20800Hz，激振器與被激構(gòu)件間隙：0.50.01(mm)。它由激勵線圈、鐵芯、測力線圈、拾振器、支座五部分構(gòu)成。與與電動式激振器、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)或平面運動的結(jié)構(gòu)動態(tài)特性。(2)單位力體積比電動式小，激振力比電動式大，沒有附加質(zhì)量的影響。(3)頻率范圍比電液式激振器寬，工作頻率為20-2000Hz，能滿足一般大、中、小型機

47、床試驗之用。(4)裝有電容式拾振器，能進行非接觸式的振動位移量測量。直流電源扼流線圈信號發(fā)生器交流功放激振器頻 率 計測力線圈DJ型激振器測力表電容傳感器電容微調(diào)器電容測微儀記錄儀被激物體圖3-4 電磁激振器工作原理圖其工作原理圖如圖3-4所示。激勵線圈包括直流偏磁繞組和交流勵磁繞組兩部分，直流偏磁繞組產(chǎn)生一個預(yù)置偏磁力，交流勵磁繞組產(chǎn)生交變激振力，實現(xiàn)動態(tài)加載。當(dāng)激振鐵芯中產(chǎn)生交變磁通時，測力線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，把該電勢進行積分，得到積分電壓，而力與積分電壓成正比。經(jīng)過適當(dāng)標定，找出力與積分電壓的比例關(guān)系，就能把積分電壓值轉(zhuǎn)換成力的量值。拾振器能拾取被激振系統(tǒng)的相對振動位移量。交流勵磁繞組可

48、以通過編寫相應(yīng)程序，輸入任意波形，實現(xiàn)對電主軸軸向力的動態(tài)加載。該激振器的加載面是一個120mm90mm矩形平面，所以設(shè)計的導(dǎo)磁體圓盤部分直徑設(shè)計為200mm，滿足加載要求。由于電磁吸力隨氣隙的增大會急劇減小，所以安裝時應(yīng)保證激振面與導(dǎo)磁體的間隙為0.50.01(mm)。為了將非接觸式激振器安裝到加載力的位置，需要設(shè)計相應(yīng)的支撐底座機構(gòu)，而且支撐機構(gòu)還要方便調(diào)節(jié)激振器的位置。設(shè)計的激振器加載部件如圖3-5所示。圖3-5 激振器部件圖由于要保證激振器與導(dǎo)磁體的距離在0.50.01(mm)，所以支撐底座在受力狀態(tài)下的變形量太大會影響激振器加力效果，所以對底座進行了仿真分析。底座采用HT250鑄造，

49、實際試驗中底座受動態(tài)力，需要添加的軸向力最大為343.125N，故只需對底座在最大受力狀態(tài)下的最大變形量即可。對底座在受343.125N拉力作用下的靜力學(xué)分析的變形結(jié)果如3-6所示。從分析結(jié)果可以看出最大的變形為8.74m，激振器允許的距離誤差為10m，所以可以看出底座的變形量不足以影響激振器的加載,況且底座的變形使激振器與導(dǎo)磁體之間的距離縮小，即氣隙變小，漏磁更少，利于電磁力的加載。圖3-7為底座的應(yīng)力分析，從分析結(jié)果中可以看出底座受的最大拉應(yīng)力為2.01Mpa，而HT250的抗拉強度為240Mpa，強度遠遠滿足要求。圖3-6 激振器底座變形圖圖3-7 激振器底座應(yīng)力分析圖第3節(jié) 徑向力加載

50、設(shè)計電磁鐵磁性的有無可以通過通斷電流控制；磁性的大小可以用電流的強弱、線圈的匝數(shù)控制，也可以通過電流大小和方向來控制磁性大小和方向。電磁鐵可以分為牽引電磁鐵、框架電磁鐵、磁保持式電磁鐵、吸盤式電磁鐵和管裝式電磁鐵。牽引式電磁鐵的吸力較小只能達825Kg，管狀式電磁鐵即直動往返式電磁鐵，動子往復(fù)運動，結(jié)構(gòu)上不滿足。磁保持式要求零氣隙，不滿足非接觸式加載。吸盤式和框架式吸力能達到，但此時相應(yīng)的結(jié)構(gòu)尺寸也很大，且加載面和電磁激振器一樣為平面，該實驗的徑向力加載，要求加載在軸上面，軸是一個曲面，氣隙無法保證，故市場上現(xiàn)有的電磁鐵很難滿足實驗要求。于是作者自行設(shè)計了一個最大吸力為1000N的型直流電磁鐵

51、，其作用原理圖4所示，它由鐵芯、線圈、銜鐵和兩個氣隙組成。平均磁路長度為，銜鐵長度為，鐵芯截面面積為S，氣隙為，電流為I，線圈匝數(shù)為W，電磁力為F。由于磁路磁勢大部分消耗在氣隙里，所以氣隙越小，在通相同電流的時候電磁吸力越大，故取氣隙為0.5mm。圖3-8 型電磁鐵作用原理圖根據(jù)全電流定律知，如圖4中磁路其磁化電流及勵磁安匝數(shù)有如下關(guān)系式：麥克斯韋公式：.式中 、分別為氣隙中磁場強度、鐵芯中磁場強度、銜鐵中磁場強度； 、分別為氣隙中磁感應(yīng)強度，真空導(dǎo)磁系數(shù)，其值為亨/米。直流電磁鐵的磁路磁勢絕大部分降落在氣隙上，由于氣隙為0. 5mm，可以忽略漏磁通，所以可以用氣隙的磁勢代替整個磁路的磁勢進行

52、設(shè)計，然后再進行力的標定，修正誤差。則式可以寫成：.當(dāng)設(shè)定最大磁力為1000N（每邊吸力為F=500N），W為1000匝（每邊500匝），U型鐵芯的面積S=400（直徑為22.6mm）時，可由式求得：帶入式有一般用于繞制電磁鐵線圈的Q類漆包線1截面積可允許2.5安電流，所以選用直徑為1mm，截面積為0.785的線能夠承受1.41安的電流。設(shè)定框架長度為30mm，考慮到繞制線圈時線與線之間的間隙及帶漆后1mm的線直徑將變?yōu)?.07mm，另外防止擊穿應(yīng)乘以一個系數(shù)（23），這里取3則單邊線框?qū)挾葹?。兩鐵芯間距離應(yīng)該大于2倍線寬取66mm，高度取90mm。為了保證鐵芯斷面與軸的氣隙距離為0.5mm，

53、將鐵芯斷面做成曲面，曲率半徑與導(dǎo)磁體曲率半徑相同。其結(jié)構(gòu)如圖5所示。A 視圖放大3倍A 圖3-9 電磁鐵加載示意圖電磁鐵的外圍用鋁制造，防止磁力線對檢測設(shè)備和電主軸的干擾。鐵芯材料選用1J22軟磁合金，1J22軟磁合金具有高飽和的磁感應(yīng)強度、高居里點和高磁致伸縮系數(shù)。電磁鐵后面連接在型號為CPR24的S型拉壓力傳感器，傳感器通過CXSE增強型單輸入通道儀表與PC機相連，通過編寫的程序，實時檢測和控制磁力大小。電磁鐵設(shè)計完成后，對電磁鐵進行標定，建立電流和力的關(guān)系13，最終通過電流大小控制電磁吸力。電磁鐵的整體結(jié)構(gòu)如圖3-10所示。84765321圖3-10 電磁鐵結(jié)構(gòu)示意圖1支撐底座 2 S型

54、拉壓力傳感器 3 連接塊 4 鋁座 5 擋塊（深藍色） 6 漆包線圈（黃色） 7 U型鐵芯 8鋁座蓋鋁座4內(nèi)部有與鐵芯7大小相同的U型槽，擋塊5將鐵芯固定在鋁座內(nèi)。通過鋁座4和鋁座蓋8將線圈6包圍起來，放置漏磁對電主軸和檢測元件的影響。鋁座4通過連接塊3與S型拉壓力傳感器2相連接，連接方式為螺栓聯(lián)接。最后通過螺栓將S型拉壓力傳感器2固定到底座1上面當(dāng)電磁鐵的工控機給以加力信號，線圈中通過直流電流，鐵芯將被磁化，對導(dǎo)磁體產(chǎn)生電磁吸力。S型拉壓力傳感器受拉力，能將電磁鐵產(chǎn)生的電磁吸力信號實時檢測出來，通過放大處理，將信號反饋到工控機，與加力信號相比較，實現(xiàn)閉環(huán)控制。吉林大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書第4章

55、 檢測控制系統(tǒng)設(shè)計 做電主軸的可靠性試驗，需要在加載狀態(tài)下實時監(jiān)測電主軸的運行狀態(tài)，收集故障數(shù)據(jù)，就需要設(shè)計一套性能檢測系統(tǒng)。電主軸是高速軸承技術(shù)、動平衡技術(shù)、潤滑技術(shù)冷卻技術(shù)、精密制造與裝配技術(shù)以及電機高速驅(qū)動等技術(shù)的綜合運用，上述任何一項技術(shù)失效，電主軸將無法運行。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，因此可以檢測前軸承端蓋的溫度來間接檢測主軸和軸承的溫升。電主軸的速度和轉(zhuǎn)矩反映了其電機高速驅(qū)動裝置的性能。其支承軸承、精密制造與裝配技術(shù)的水平又決定了電主軸的回轉(zhuǎn)精度，軸向熱伸長，徑向跳動，主軸的動靜剛度、主軸的振動烈度等性能。噪聲是主軸各方面性能的綜合體現(xiàn)。所以實時檢測這些參數(shù)對預(yù)防故障，分析故障，提高主軸的可靠性具有重要意義。檢測項檢測指標傳感器轉(zhuǎn)速最高轉(zhuǎn)速30000r/min霍爾式速傳感器轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩09.15Nm電阻應(yīng)變式拉壓力傳感器前端溫度運行4小時后外殼溫升25JWB/C型溫度傳送器（WZC型）軸向位移技術(shù)標準電渦流傳感器（R