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永磁同步电主轴转子疲劳强度分析

李嘉明  
【摘要】:永磁同步电主轴是数控加工机床中的关键构件,在生产加工中有着举足轻重的作用。它具有结构紧凑、功率密度大、稳定性优异的优点,使永磁同步电主轴在现代制造业中得到广泛应用。永磁同步电主轴直接影响着数控加工机床的可靠度和加工精密度,随着现代生产制造技术提出了越来越严格的要求,对永磁同步电主轴机械强度和疲劳寿命的分析尤为重要。转子偏心是永磁同步电主轴转子产生径向磁拉力和不平衡质量拉力的最为主要的原因。转子的不对称分布会使得气隙磁场产生畸变,磁场产生的高频变换的电磁力会作用在转子上,对转子机械强度和疲劳寿命产生影响。本文针对径向磁拉力等原因对永磁同步电主轴进行了详细分析,完成了下列工作:对永磁同步电主轴内部永磁体、定子负载磁场进行了理论计算和实验仿真,吻合较好。通过理论推导得出了定子开槽对永磁同步电主轴内部气隙磁场的影响,利用Ansoft软件对永磁同步电主轴气隙和定转子磁场进行有限元仿真,理论方法计算结果与有限元仿真结果吻合,验证了其准确性。分别对静偏心、动偏心两种不同偏心形式进行了理论推导和有限元仿真,分析了不同偏心形式下气隙和定转子内磁场的变化规律,计算出了转子在不同偏心形式和不同偏心量下受到的径向磁拉力以及不平质量衡拉力,通过Ansys Workbench软件校核了转子的机械强度,运用Ncode Designlife软件预测了转子疲劳寿命。本文中对永磁同步电主轴内部的气隙和定转子空间内的电磁场分布情况以及该磁场的变化规律进行了理论方面的计算和实验仿真分析,将气隙和定转子空间磁场理论计算结果和有限元结果对比所得到的较好吻合性证明了研究方法的正确性。对转子偏心后所产生的径向磁拉力和不平衡质量拉力进行求解,校核了不同偏心形式和不同偏心量下转子的机械强度,强度满足要求。对转子在高频变化的径向磁拉力和不平衡质量拉力作用下的疲劳寿命进行预测,满足使用要求。


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