發(fā)布時(shí)間：2020-11-08 18:19

　　 隨著高速切削技術(shù)的迅速發(fā)展,電主軸在數(shù)控機(jī)床上得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵功能部件。我國(guó)是世界上機(jī)床消費(fèi)和生產(chǎn)第一大國(guó),然而中高檔數(shù)控機(jī)床的電主軸、刀庫(kù)、刀架等關(guān)鍵功能部件主要依賴進(jìn)口,其主要原因就是關(guān)鍵功能部件的可靠性水平低、故障頻發(fā)。目前復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的可靠性概率設(shè)計(jì)依然不成熟,可靠性試驗(yàn)是提高其可靠性水平的主要技術(shù)途徑。電主軸屬于高可靠性產(chǎn)品,短時(shí)間內(nèi)無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)來(lái)獲取充分的故障數(shù)據(jù),其可靠性試驗(yàn)具有試驗(yàn)周期長(zhǎng)、試驗(yàn)費(fèi)用高的特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)研制企業(yè)為了節(jié)省費(fèi)用通常不開(kāi)展電主軸可靠性試驗(yàn),或僅通過(guò)簡(jiǎn)單的性能試驗(yàn)來(lái)代替可靠性試驗(yàn),為此很難得到可用的電主軸故障數(shù)據(jù)。為了降低電主軸可靠性試驗(yàn)費(fèi)用,必須采用加速退化試驗(yàn)來(lái)快速地主動(dòng)激發(fā)電主軸的故障,在短時(shí)間內(nèi)獲得可用于電主軸可靠性評(píng)估、故障分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。如何在有限的條件下開(kāi)展電主軸加速退化試驗(yàn)是開(kāi)展電主軸加速退化試驗(yàn)所面臨的一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。本文以國(guó)產(chǎn)電主軸為研究對(duì)象,在分析電主軸結(jié)構(gòu)、工作原理和退化機(jī)理的基礎(chǔ)上,提出了一套電主軸步進(jìn)應(yīng)力加速退化試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及其評(píng)價(jià)體系,最后通過(guò)模擬評(píng)價(jià)驗(yàn)證了所提方法的有效性。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:1.從電主軸的基本結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)出發(fā),分析了電主軸的退化機(jī)理,以轉(zhuǎn)速和徑向力為加速應(yīng)力,以徑向跳動(dòng)為退化特征量,建立了電主軸的加速退化模型。在此基礎(chǔ)上搭建了電主軸加速退化試驗(yàn)系統(tǒng)。2.在不改變電主軸故障模式、故障機(jī)理的前提下,對(duì)電主軸步進(jìn)應(yīng)力加速退化試驗(yàn)方法進(jìn)行了研究,提出了基于可靠性評(píng)估精度的優(yōu)化準(zhǔn)則,建立了電主軸步進(jìn)應(yīng)力加速退化試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型,并運(yùn)用極大似然估計(jì)方法進(jìn)行參數(shù)估計(jì)。3.提出了基于遺傳算法的加速退化試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,并結(jié)合電主軸步進(jìn)應(yīng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)模型,進(jìn)行了電主軸的步進(jìn)應(yīng)力加速退化試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。綜合考慮了試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和魯棒性,提出了改進(jìn)的優(yōu)良試驗(yàn)方案,最后對(duì)優(yōu)良試驗(yàn)方案進(jìn)行了敏感性分析。4.以可靠度估計(jì)值的方差和標(biāo)準(zhǔn)離差為評(píng)價(jià)指標(biāo),提出了基于蒙特卡羅仿真的電主軸步進(jìn)應(yīng)力加速退化試驗(yàn)的模擬評(píng)價(jià)方法,并對(duì)不同的優(yōu)化試驗(yàn)方案進(jìn)行了評(píng)價(jià),驗(yàn)證了本文提出的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的有效性。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG659
【部分圖文】：

定子鐵芯屬于磁路，是由硅鋼片疊壓而成的一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，定子硅鋼片結(jié)構(gòu)如圖2.2 所示。其中硅鋼片之間是絕緣的，用以減少渦流損耗，鐵芯的內(nèi)圓有定子槽，用以安放線圈。定子繞組是電主軸的電路部分，定子繞組的匝數(shù)、材料、磁極對(duì)數(shù)會(huì)影響電主軸的轉(zhuǎn)速及性能。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、繞組組成，轉(zhuǎn)子鐵芯與定子鐵芯相似，是由硅鋼片疊壓而成的一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子硅鋼片結(jié)構(gòu)如圖 2.3 所示。轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)軸相互固定，轉(zhuǎn)軸對(duì)軸承和轉(zhuǎn)子硅鋼片進(jìn)行定位，并起到輸出轉(zhuǎn)速和扭矩的作用。轉(zhuǎn)軸的內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)，集成了拉刀機(jī)構(gòu)，起到拉緊和松開(kāi)刀柄的作用。此外，轉(zhuǎn)子和定子之間有一定的氣隙，起到將電磁能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的作用。圖 2.2 定子硅鋼片結(jié)構(gòu) 圖 2.3 轉(zhuǎn)子硅鋼片結(jié)構(gòu)電主軸的后端部一般裝有用于信號(hào)監(jiān)測(cè)的傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電主軸的速度和溫度，并將信號(hào)反饋到變頻器或者驅(qū)動(dòng)器，從而實(shí)現(xiàn)電主軸的閉環(huán)控制。電主軸的前端部設(shè)置有內(nèi)錐孔，用于和刀柄配合，實(shí)現(xiàn)刀柄的定位。

因此軸承的性能就變得非常重要，會(huì)直接影響到加工機(jī)床的加工精度及可靠性為了達(dá)到電主軸高速穩(wěn)定運(yùn)行的要求，已經(jīng)研發(fā)了很多不同材料和類型的軸承目前運(yùn)用最廣的是陶瓷球軸承，其滾動(dòng)體使用的是3 4Si N 陶瓷，這種材料的耐磨性和耐高溫性都很優(yōu)良，且壽命較長(zhǎng)，非常使用于轉(zhuǎn)速高，載荷大的場(chǎng)合。電主軸與電動(dòng)機(jī)中的結(jié)構(gòu)、工作原理基本相同。定子主要由鐵芯和繞組構(gòu)成定子鐵芯屬于磁路，是由硅鋼片疊壓而成的一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，定子硅鋼片結(jié)構(gòu)如圖2.2 所示。其中硅鋼片之間是絕緣的，用以減少渦流損耗，鐵芯的內(nèi)圓有定子槽，用以安放線圈。定子繞組是電主軸的電路部分，定子繞組的匝數(shù)、材料、磁極對(duì)數(shù)會(huì)影響電主軸的轉(zhuǎn)速及性能。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、繞組組成，轉(zhuǎn)子鐵芯與定子鐵芯相似，是由硅鋼片疊壓而成的一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子硅鋼片結(jié)構(gòu)如圖 2.3 所示轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)軸相互固定，轉(zhuǎn)軸對(duì)軸承和轉(zhuǎn)子硅鋼片進(jìn)行定位，并起到輸出轉(zhuǎn)速和扭矩的作用。轉(zhuǎn)軸的內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)，集成了拉刀機(jī)構(gòu)，起到拉緊和松開(kāi)刀柄的作用。此外，轉(zhuǎn)子和定子之間有一定的氣隙，起到將電磁能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的作用。

圖 2.4 電主軸工作原理圖轉(zhuǎn)速公式為：60(1 )fn Sp= …………………軸定子電源輸入頻率，單位 Hz；對(duì)數(shù)；率。電與定子繞組接通后，會(huì)產(chǎn)生不斷變化的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，定生成電流，從而在磁場(chǎng)力的作用下產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，最終轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。輸入的三向交流電的相序發(fā)生改會(huì)發(fā)生改變，因此若想改變電主軸的旋轉(zhuǎn)方向，只需改變?nèi)嚯娭腥我鈨筛�的接線。mD n 表示軸承中徑與
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 葛蒸蒸;趙文暉;李玉偉;;基于非參數(shù)統(tǒng)計(jì)的加速退化試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];現(xiàn)代防御技術(shù);2015年06期

2 羅賡;穆希輝;牛躍聽(tīng);杜峰坡;王永南;;基于粒子群算法的步降加速退化試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];電光與控制;2015年06期

3 馬帥;傘紅軍;吳智恒;張華偉;雷群;;高速電主軸技術(shù)綜述[J];機(jī)械制造;2014年05期

4 蔣喜;劉宏昭;劉麗蘭;訾佼佼;;基于偽壽命分布的電主軸極小子樣可靠性研究[J];振動(dòng)與沖擊;2013年19期

5 楊兆軍;陳傳海;陳菲;李國(guó)發(fā);;數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)的研究進(jìn)展[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2013年20期

6 潘剛;梁玉英;呂萌;張國(guó)龍;;雙應(yīng)力步降加速退化試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)Monte-Carlo仿真[J];電光與控制;2013年06期

7 潘剛;梁玉英;呂萌;張國(guó)龍;;基于Monte-Carlo仿真的雙應(yīng)力步降加速退化試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)分析研究[J];計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化;2012年04期

8 潘駿;王小云;陳文華;許仕偉;高亮;錢(qián)萍;;基于多元性能參數(shù)的加速退化試驗(yàn)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2012年02期

9 李彥光;;高速切削關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀綜述[J];機(jī)械工程師;2011年04期

10 邊霞;米良;;遺傳算法理論及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究;2010年07期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 張相賢;基于極值理論的金融資產(chǎn)配置研究[D];東華大學(xué);2011年

2 康輝民;高速電主軸靜動(dòng)態(tài)性能分析與實(shí)驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)[D];重慶大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 朱巖;電主軸可靠性試驗(yàn)臺(tái)模擬切削力加載方法與試驗(yàn)的研究[D];吉林大學(xué);2014年

2 王凱;高速電主軸電液伺服加載的可靠性試驗(yàn)臺(tái)研制[D];吉林大學(xué);2013年

3 侯雨辰;高速電主軸扭矩加載試驗(yàn)臺(tái)的研制[D];吉林大學(xué);2012年

4 胡愛(ài)玲;高速電主軸動(dòng)靜態(tài)特性的有限元分析[D];廣東工業(yè)大學(xué);2004年

本文編號(hào)：2875156