跟踪法在风电主轴轴承测量中的应用

摘要:风力发电作为可再生清洁能源的重要组成部分，正越来越受到广泛的重视。近年来，我国风电整机产能得到了快速提升，但关键零部件技术仍处于起步阶段。其中，作为关键转动部件的风电主轴轴承的制造和精密测量技术，不但在国内仍处于空白，在国际上也鲜有成熟的技术应用案例。一般滚动轴承的精密测量，采用旋转工件的方法进行。但由于风电主轴轴承外径尺寸达1000MM左右，转动工件很容易影响整体测量精度。本文针对风电主轴轴承的性能特点和设计要求，应用跟踪法对风电主轴轴承进行全位置测量。结果证明，本文采用的跟踪测量法和装置能够有效地测量主轴轴承的相关尺寸，具有较强的创新和使用性，并填补了国内空白，在国际上处于相对领先地位。

关键词：跟踪法主轴轴承测量

1、风电产业发展概况

随着人类社会与经济的不断发展，环境问题越来越被关注。2009年哥本哈根全球气候大会上，中国政府向全世界郑重承诺：到2020年，单位GDP碳排放量在2005年基础上降低45%左右。

为了达到降低排放的目标，我国正依靠政府和社会全部力量，大力发展包括风力发电在内的清洁可再生能源。在这样的背景下，我国风力发电产业得到了爆发式增长。根据权威部门统计，2009年我国（不含台湾省）新增风电装机10129台，容量1380万千瓦，年同比增长124%，为世界第一；累计风电装机21581台，容量2581万千瓦，年同比增长114%，为世界第二。根据国家发改委《新能源产业发展规划》草案，到2020年，我国风电装机容量将达到1.5亿千瓦。

在整个风电产业链中，风电场的开发利用主要由国电、华能等五大电力巨头掌控，而风机的制造以华锐、金风、东汽和上海电气等为主，整机技术大多从欧洲引进，国内厂家并不掌握核心技术。在风机关键零部件供应体系中，以发电机、逆变控制器、叶片、增速箱和轴承等最为关键。前几年，这些关键零部件技术和供应均被国外公司所掌控。其高昂的价格和相当长的交货期曾严重影响了我国风电产业的发展。近年来，在我国各级政府和众多风电相关企业的共同努力下，情况有了较为明显的改观。

2、大型轴承测量技术回顾

现今的大型轴承测量技术，一般采用以下几种测量方法：

电主轴的介绍 090404041009

电主轴的介绍 1.概括：高速数控机床（CNC）是装备制造业的技术基础和发展方向之一，是装备制造业的战略性产业。高速数控机床的工作性能，首先取决于高速主轴的性能。数控机床高速电主轴单元影响加工系统的精度、稳定性及应用范围，其动力性能及稳定性对高速加工起着关键的作用。高速主轴单元的类型主要有电主轴、气动主轴、水动主轴等。不同类型的高速主轴单元输出功率相差较大。 2.电主轴的结构：电动机的转子直接作为机床的主轴，主轴单元的壳体就是电动机机座，并且配合其他零部件，实现电动机与机床主轴的一体化。 3. 优点：电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动小、噪声低、响应快等优点，而且转速高、功率大，简化机床设计，易于实现主轴定位，是高速主轴单元中的一种理想结构。电主轴轴承采用高速轴承技术，耐磨耐热，寿命是传统轴承的几倍。 4.电主轴的融合技术：高速轴承技术电主轴通常采用动静压轴承、复合陶瓷轴承或电磁悬浮轴承。动静压轴承具有很高的刚度和阻尼，能大幅度提高加工效率、加工质量、延长刀具寿命、降低加工成本，这种轴承寿命多半无限长。复合陶瓷轴承目前在电主轴单元中应用较多，这种轴承滚动体使用热压Si3N4陶瓷球，轴承套圈仍为钢圈，标准化程度高，对机床结构改动小，易于维护。电磁悬浮轴承高速性能好，精度高，容易实现诊断和在线监控，但是由于电磁测控系统复杂，这种轴承价格十分昂贵，而且长期居高不下，至今没有得到广泛应用。高速电机技术电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，电动机的转子即为主轴的旋转部分，理论上可以把电主轴看作一台高速电动机。关键技术是高速度下的动平衡；润滑

电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑；也可以采用脂润滑，但相应的速度要打折扣。所谓定时，就是每隔一定的时间间隔注一次油。所谓定量，就是通过一个叫定量阀的器件，精确地控制每次润滑油的油量。而油气润滑，指的是润滑油在压缩空气的携带下，被吹入陶瓷轴承。油量控制很重要，太少，起不到润滑作用；太多，在轴承高速旋转时会因油的阻力而发热。冷却装置为了尽快给高速运行的电主轴散热，通常对电主轴的外壁通以循环，冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。高速刀具的装卡方式广为熟悉的BT、ISO刀具，已被实践证明不适合于高速加工。这种情况下出现了HSK、SKI等高速刀具。高频变频装置要实现电主轴每分钟几万甚至十几万转的转速，必须用一高频变频装置来驱动电主轴的内置高速电动机，变频器的输出频率必须达到上千或几千赫兹。电主轴的运动控制在数控机床中，电主轴通常采用变频调速方法。目前主要有普通变频驱动和控制、矢量控制驱动器的驱动和控制以及直接转矩控制三种控制方式。普通变频为标量驱动和控制，其驱动控制特性为恒转矩驱动，输出功率和转速成正比。普通变频控制的动态性能不够理想，在低速时控制性能不佳，输出功率不够稳定，也不具备C轴功能。但价格便宜、结构简单，一般用于磨床和普通的高速铣床等。矢量控制技术模仿直流电动机的控制，以转子磁场定向，用矢量变换的方法来实现驱动和控制，具有良好的动态性能。矢量控制驱动器在刚启动时具有很大的转矩值，加之电主轴本身结构简单，惯性很小，故启动加速度大，可以实现启动后瞬时达到允许极限速度。这种驱动器又有开环和闭环两种，后者可以实现位置和速度的反馈，不仅具有更好的动态性能，还可以实现C轴功能；而前者动态性能稍差，也不具备C轴功能，但价格较为便宜。直接转矩控制是继矢量控制技术之后发展起来的又一种新型的高性能交流调速技术，其控制思想新颖，系统结构简洁明了，更适合于高速电主轴的驱动，更能满足高速电主轴高转速、宽调速范围、高速瞬间准停的动态特性和静态特性的要求，已成为交流传动领域的一个热点技术。 5.电主轴的发展趋势：随着机床技术、高速切削技术的发展和实际应用的需要，对机床电主轴的性能也提出了越来越高的要求，

高速滚动轴承动态特性的粗糙效应分析

西北工业大学学报990429 西北工业大学学报 JOURNAL OF NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 1999年　第17卷　第4期　Vol.17　No.4　1999 高速滚动轴承动态特性的粗糙效应分析* 张成铁　陈国定　李建华摘　要　耦合部分弹性流体动力润滑理论建立了高速圆柱滚子轴承动力学模型，着重分析了轴承元件表面粗糙效应对高速圆柱滚子轴承元件动态运动特性的影响，提出了考虑粗糙效应的轴承动态分析方法并得到了实验的支持。关键词　高速滚动轴承，动力学，表面粗糙度中图分类号　TH133.33 On the Effect of Surface Roughness on Dynamic Behavior of High-Speed Roller Bearing Zhang Chengtie Chen Guoding Li Jianhua （Department of Mechanical Engineering Northwestern Polytechnical University, Xi′an 710072） Gupta［2］ and Chang［3］ did not take into consideration the effect of surface roughness on the dynamic model of high-speed roller bearing. But ex periment and failure analysis by Averbach et al［1］ showed that a reasona ble dynamic model of high-speed bearings should consider this effect. We presen t an improved model on the basis of the previous works. The interactive forces in the contact areas between bearing components which are crucial to the analysis of the dynamic problem, were calculated by using two gr oups of PEHL (Partial Elastohydrodynamic Lubrication) equations, i.e.eqs.(1) t hrough (4), and eqs.(5) through (7). We have not found anything like eqs.(5) thr ough (7) in the open literatures. We add the influence of the ratio of film thic kness to roughness (h／σ), the asperity contact force (P c) and asperi ty traction force (F c) in our improved model, thus taking into considerati on the effect of surface roughness of bearing components on the dynamic behavior s of high-speed bearings. The solid curves in Figs.(5) and (6) give experimental results in PEHL condition , while the dotted curves are the computational results by our improved model. T hey show that our improved model is a good approximation of the operating condit ions of high-speed bearings. Key words　high-speed bearings, dynamics, surface roughness 引　言 file:///E|/qk/xbgydxxb/xbgy99/xbgy9904/990429.htm（第 1／8 页）2010-3-23 10:53:36

电主轴资料整理

金属切削机床电主轴资料总结报告 2016.5

目录一、电主轴简介 (3) 二、电主轴的性能 (3) 1.电主轴的静态特性 (3) 2.电主轴的动态特性 (4) 三、电主轴的润滑，冷却方式 (4) 1.液体冷却 (4) 2.空气强制冷却 (5) 四、电主轴的振动问题 (5) 五、电主轴的支撑方式 (6) 六、参考文献 (6)

一、电主轴简介电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术。高速数控机床主传动系统取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”，俗称“电主轴”。电主轴的主要特点如下： (1)电主轴系统减少了高精密齿轮等关键零件，消除了齿轮传动误差。 (2)减少了主轴的振动，减小了噪声，提高了主轴的回转精度。 (3)用交流变频调速和矢量控制，输出功率大，调速范围宽，功率一扭矩特性好。 (4)机械结构简单，转动惯量小，快速响应性好，能实现很高的速度和加速度及定角度的快速准停。二、电主轴的性能 1.电主轴的静态特性电主轴的静刚度简称主轴刚度，是机床主轴系统重要的性能指标，它反映主轴单元抵抗静态外载荷的能力，与负荷能力及抗振性密切相关。主轴单元的弯曲刚度足，定义为使主轴前端产生单位径向位移d时，在位移方向所需施加的力f，轴单元的轴向刚度，定义为使主轴轴向产生单位位移时，在轴向所需施加的力。一般情况，弯曲刚度远比轴向刚度重要，是衡量主轴单元刚度的重要指标，通常用来代指主轴的刚度。它与主轴单元的悬伸量、跨距、几何尺寸、主轴材料的物理性能及轴承刚度有关。

跟踪法在风电主轴轴承测量中的应用

跟踪法在风电主轴轴承测量中的应用摘要:风力发电作为可再生清洁能源的重要组成部分，正越来越受到广泛的重视。近年来，我国风电整机产能得到了快速提升，但关键零部件技术仍处于起步阶段。其中，作为关键转动部件的风电主轴轴承的制造和精密测量技术，不但在国内仍处于空白，在国际上也鲜有成熟的技术应用案例。一般滚动轴承的精密测量，采用旋转工件的方法进行。但由于风电主轴轴承外径尺寸达1000MM左右，转动工件很容易影响整体测量精度。本文针对风电主轴轴承的性能特点和设计要求，应用跟踪法对风电主轴轴承进行全位置测量。结果证明，本文采用的跟踪测量法和装置能够有效地测量主轴轴承的相关尺寸，具有较强的创新和使用性，并填补了国内空白，在国际上处于相对领先地位。关键词：跟踪法主轴轴承测量 1、风电产业发展概况随着人类社会与经济的不断发展，环境问题越来越被关注。2009年哥本哈根全球气候大会上，中国政府向全世界郑重承诺：到2020年，单位GDP碳排放量在2005年基础上降低45%左右。为了达到降低排放的目标，我国正依靠政府和社会全部力量，大力发展包括风力发电在内的清洁可再生能源。在这样的背景下，我国风力发电产业得到了爆发式增长。根据权威部门统计，2009年我国（不含台湾省）新增风电装机10129台，容量1380万千瓦，年同比增长124%，为世界第一；累计风电装机21581台，容量2581万千瓦，年同比增长114%，为世界第二。根据国家发改委《新能源产业发展规划》草案，到2020年，我国风电装机容量将达到1.5亿千瓦。在整个风电产业链中，风电场的开发利用主要由国电、华能等五大电力巨头掌控，而风机的制造以华锐、金风、东汽和上海电气等为主，整机技术大多从欧洲引进，国内厂家并不掌握核心技术。在风机关键零部件供应体系中，以发电机、逆变控制器、叶片、增速箱和轴承等最为关键。前几年，这些关键零部件技术和供应均被国外公司所掌控。其高昂的价格和相当长的交货期曾严重影响了我国风电产业的发展。近年来，在我国各级政府和众多风电相关企业的共同努力下，情况有了较为明显的改观。 2、大型轴承测量技术回顾现今的大型轴承测量技术，一般采用以下几种测量方法：

高速主轴单元(电主轴)的工作原理及国内外的发展状况

石油大学2012-2013学年第二学期《现代制造技术》考查姓名班级学号

高速主轴单元（电主轴）的工作原理及国内外的发展状况摘要：本文介绍了有关高速电主轴的工作原理和基本结构，以及高速电主轴的关键技术，综述其应用及国内外发展状况。关键词：主轴；润滑；轴承；机床；发展状况 1、概述高速数控机床（CNC）是装备制造业的技术基础和发展方向之一，是装备制造业的战略性产业。高速数控机床的工作性能，首先取决于高速主轴的性能。数控机床高速电主轴单元影响加工系统的精度、稳定性及应用范围，其动力性能及稳定性对高速加工起着关键的作用。高速电主轴是高速机床的核心部件 ,它将机床主轴与电机轴合二为一 ,即将主轴电机的定子、转子直接装入主轴组件的内部 ,也被称为内装式电主轴 ,其间不再使用皮带或齿轮传动副 ,从而实现机床主轴系统的“零传动”。具有结构紧凑、重量轻、惯性小、动态特性好等优点 ,并改善了机床的动平衡 ,避免振动和噪声 ,在超高速机床中得到了广泛的应用。随着高速加工技术的迅猛发展和广泛应用 ,各工业部门特别是航天、航空、汽车、摩托车和模具加工等行业 ,对高速度、高精度数控机床的需求与日俱增。这迫切需要开发出更加优质的高速电主轴。高速电主轴是一套组件 ,它包括电主轴及其一些附件 :电主轴、高速变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置 ,因此它融合了高速轴承技术、冷却技术、润滑等技术。高速轴承技术是高速电主轴技术中很关键的技术。 2、电主轴的工作原理、典型结构及优点 2.1电主轴的工作原理电主轴就是直接将空心的电动机转子装在主轴上，定子通过冷却套固定在主轴箱体孔内，形成一个完整的主轴单元，通电后转子直接带动主轴运转。 2.2电主轴的典型结构电主轴单元典型的结构布局方式是电机置于主轴前、后轴承之间（如图所示），其优点是主轴单元的轴向尺寸较短，主轴刚度大，功率大，较适合于大、中型高速数控机床；其不足是在封闭的主轴箱体内电机的自然散热条件差，温升比较高。

电主轴综述

高速电主轴技术乔志敏 S1203027 摘要:通过阐述了高速电主轴的发展历程、高速电主轴的结构以及高速电主轴设计制造过程中的关键技术，分析了高精度、高转速电主轴对数控机床性能的影响。实践证明，采用高速加工技术可以解决机械产品制造中的诸多难题，能够获得特殊的加工精度和表面质量，高精度高转速电主轴功能部件，对提高数控机床的性能具有极大的影响。关键词：高速电主轴；高精度；数控机床 Abstract: Based on the development of high-speed motorized spindle and the main str ucture of the motorized and the key technologies in the manufacturing process of high -speed motorized spindle, it analyzes the high precision, high speed electric spindle of influence on the performance of the numerical control machine. Practice has proved t hat high-speed processing technology can solve many problems in the manufacturing of mechanical products, and it can obtain special machining accuracy and surface qual ity. High precision and high speed motorized spindle features have a great impact on t he performance of CNC machine tools . Keywords: high-speed motorized spindle, high precision, CNC machine

电主轴轴承的装配方法

电主轴轴承的装配方法 1.专业装配的工装轴承间隙测量,调整工具(很正规专业那种). 精密的标准平台,V型支撑,还有测量内外圆标高的仪器(全是瑞士产的), 还有一些手动工具. 动平衡测量,试验台. 最终的跑合试验台(自带润滑系统,动力系统的). 要求太高了相关的图纸,啊啊, 一套液压安装工具和一套感应加热工具.FAG和NSK都有商品供应. 角接触球轴承一般是成对使用的，有面对面，背对背、同向三种装配的方法，主要是看设计者的思路了，不同的装配方法做预加负载的方法也是不同的。作预加负载是使轴承的内圈与钢球、外圈之间产生一定的弹性变形，来适合你所需要的转速。预加负载的大小不但影响精度，而且影响它的使用寿命。比如背对背使用时，一般采取垫外圈或者磨内圈的方法来实现消除间隙，因为背对背使用时一般是用轴来限制轴承的位置，而外圈一般没有限制的。 2. 轴承安装，不同的人有不同的安装方法:过度配合(0.04mm以内)--开水烫或煮;过盈(0.04mm以上)---油煮等。 1、检查配合要求是否与负载和转速要求相同。 2、测量配合是否超标。 3、根据测量计算决定加热方式。保证轴承油隙。温度不宜超过300--400度。注意防风。不宜用明火加热。条件不许可非用明火时注意温度变化及温度的均匀性。 4、调整轴承的轴向间隙。外圈加垫。

5、用塞尺实测轴承油隙。对特大轴承的油隙最好在实际最大负载(偏载)下调整，要考虑现场温度对轴承的影响。 6、检查转动部份与不动部分是否干涉。 7、加油。注意污染。 8、现场运行监测。轴承加热温度记得好像应该是小于120度吧说得对～曾遇到过超过120C后轴承不能回复到原状,报废. 还有的轴承带润滑脂,也不能用热套. 热塑模芯杆, 为了节约材料, 准备用局部镶嵌式联接(相配直径φ30,长度30,用热套方式), 不转递扭矩: 请大家推荐过盈量是多少最合适, 热套零件会变形,二只零件热套后不再加工直接使用,行得通, 热套工艺适合热塑模具, 过盈量在:0---0.03以内。加热温度70度以内。国外轴承装配过盈量一般为0。我这装过几百支辊道辊，过盈量0.03--0.05，加热温度70--90。轴承是国外的。加热设备是自己做的。很土但很实用对于精度要求较高的主轴组件,为了提高主轴的回转精度,除了要保证主轴及相关零件高的加工精度及采用精密的主轴轴承以外,轴承内圈与主轴装配需采用定向装配法或角度选配法,也就是人为地控制各装配件的径向跳动误差的方向,使误差相互抵消而不是误差累积. 电主轴是高速数控加工机床的“心脏部件”，本文介绍了电主轴的工作原理、典型结构，阐述了电主轴的关键技术，总结了其发展趋势。关键词:电主轴陶瓷球混合轴承油气润滑 1、概述

高速电主轴及其结构

高速电主轴及其结构报告姓名：周李念学号：班级：机自实验04班重庆大学机械工程学院

高速电主轴及其结构周李念（重庆大学机械工程学院机自实验04班）摘要：高速加工能显著地提高生产率、降低生产成本和提高产品加工质量，是制造业发展的重要趋势，也是一项非常有前景的先进制造技术。实现高速加工的首要条件是高质量的高速机床，而高速机床的核心部件是高速电主轴单元，它实现了机床的“零传动”，简化了结构，提高了机床的动态响应速度，是一种新型的机械结构形式，其性能好坏在很大程度上决定了整台机床的加工精度和生产效率。关键词：高速加工；电主轴；结构设计 1 高速电主轴概述高速电主轴最早是用于磨削机床加工，逐步发展到加工中心电主轴及其他各行业机床主轴.典型的磨削电主轴的结构如图1 所示，传统的主轴一般是通过传动带、齿轮来进行传动驱动，而电主轴的驱动是将异步电机直接装入主轴内部，通过驱动电源直接驱动主轴进行工作，以实现机床主轴系统的零传动，形成“直接传动主轴”.从而减少中间皮带或者齿轮机械传动等环节，实现了机械与电机一体的主轴单元.电主轴不但减少了中间环节存在的打滑、振动和噪音的因素，也加速了主轴在高速领域的快速发展，成为满足高速切削，实现高速加工的最佳方案，其高转速、高精度、高刚性、低噪音、低温升、结构紧凑、易于平衡、安装方便、传动效率高等优点，使它在超高速切削机床上得到广泛的应用［1］. . 1 转轴；2 前轴承组；3 定子部件；4 转子部件；5 后轴承组；6 进-出水孔；7 进油孔；8 接线座；9 出油孔图1 电主轴结构简图高速电主轴的优点：高速电主轴取消了由电机驱动主轴旋转工作的中间变速和传动装置（如齿轮、皮带、联轴节等），因此高速电主轴具有如下优点：（1）主轴由内装式电机直接驱动，省去了中间传动环节，机械结构简单、紧凑，噪声低，主轴振动小，回转精度高，快速响应性好，机械效率高；（2）电主轴系统减少了高精密齿轮等关键零件，消除了齿轮传动误差，运行时更加平稳；（3）采用交流变频调速和矢量控制技术，输出功率大，调速范围宽，功率—扭矩特性好，可在额定转速范围实现无级调速，以适应各种负载和工况变化的需要；（4）可实现精确的主轴定位，并实现很高的速度、加速度及定角度快速准停，动态精度和稳定性好，可满足高速切削和精密加工的需要；（5）大幅度缩短了加工时间，只有原来的约 1/4；（6）加工表面质量高，无需再进行打磨等表面处理工序；

高速滚动轴承保持架自由振动特性研究

收稿日期:2000203202　作者简介:周延泽(1964-),男,河北海兴人,在职博士生,100083,北京. 高速滚动轴承保持架自由振动特性研究周延泽王春洁陆　震 (北京航空航天大学机械工程及自动化学院) 摘要:通过对航空发动机主轴承保持架自由振动的计算分析,表明:保持架不存在小于751.12H z 的固有频率;在整体按圆环的规律振动的同时,过梁和侧梁存在弯曲、剪切等局部振型;由于保持架的转动,存在不相等且与转动速度相关的前后行波频率,保持架可能共振的频率数目增多,而保持架又受到多种周期性的干扰,高速转动时更易激发共振,造成破坏,因此在设计中必须对保持架的振动问题给予重视. 关　键　词:滚动轴承;保持架;自由振动中图分类号:TH 133.33+4文献标识码:A 文章编号:100125965(2001)0520596204 保持架作为滚动轴承的组成元件,将滚动体沿圆周均匀地分开.在一般用途的轴承中,由于转速较低,保持架都能够满足工作要求.但是在航空发动机主轴承中,由于工作条件苛刻,转速高,对保持架也提出了较高的要求,特别是其动力特性直接影响到滚动轴承的性能和寿命.空军某机型主轴球轴承就曾多次发生过因保持架疲劳断裂造成的轴承失效,因此在设计中需要对保持架的动力学性能进行较为精确的计算和估计.国外在这方面的研究主要关注的是保持架的运动与不稳定性问题 [1]～[4] ,国内的研究比较少,对于其振动方面的研究则鲜见报道. 航空发动机主轴承保持架一般为整体结构,为增大轴承承载能力和减轻重量,滚动体较多,滚动体间的距离较小,因而保持架结构柔性较大易变形;由于沿圆周方向质量不均匀,变形沿周向也不均匀;高速旋转的保持架类似于圆环,有圆环平面内的振动,同时有在垂直于环的平面内弯曲与扭转振动;由于采用套圈导引,因此变形受到限制,为约束振动,在振动分析中必须考虑相应的约束条件;激发振动的因素很多,其中球、套圈对保持架的冲击碰撞是直接因素,且规律比较复杂.保持架的各种振动将引起动应力,从而影响到其疲劳寿命,为此有必要对其振动特性进行研究.本文用有限元法对保持架在自由状态下的自由振动特性进行了研究. 1　保持架的自由振动 1.1　计算模型以某航空发动机主轴球轴承为例进行计算分析.轴承参数为:内孔直径90mm ,滚动体数14,滚动体直径22.225mm ,保持架材料为青铜合金,弹性模量E =1.05×1011Pa ,泊松比0.33. 有限元动力分析程序很多,本文采用Alg or (有限元计算程序)程序计算.考虑到保持架的形状及局部振型,有限元模型网格划分较密,共分为1008个8节点三维块单元,2296个节点.保持架在工作过程中,由外圈引导转动,计算中取自由边界条件. 本文计算了其前50阶自由振动的频率及相应的振动模态,由此可以研究其共振、变形及应力状态. 1.2　自由振动模态保持架是圆环类零件,其振动具有环类零件振动[5]的特征,将计算结果进行归纳,其振动模态主要有以下几类. 1)环平面内的弯曲振动,即环平面内保持架沿圆周方向规则变形,如图1所示为周向波数n 分别为2,3,4时的模态.表1是计算得到的部分面内弯曲振动频率.因为保持架在圆环平面内的弯曲刚度较小,所以振动频率较低,因而在实际应用中也比较容易被激发,研究也最多.这种弯曲振　 2001年10月第27卷第5期北京航空航天大学学报 Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics October 2001V ol.27　N o 15

电主轴的工作原理、典型结构及优点

电主轴的工作原理、典型结构及优点打印引用发布时间：2010-04-25 电主轴是高速数控加工机床的“心脏部件”，本文介绍了电主轴的工作原理、典型结构，阐述了电主轴的关键技术，总结了其发展趋势. 1、概述由于高速加工不但可以大幅度提高加工效率，而且还可以显著提高工件的加工质量，所以其应用领域非常广泛，特别是在航空航天、汽车和模具等制造业中。于是，具有高速加工能力的数控机床已成为市场新宠。目前，国内外各著名机床制造商在高速数控机床中广泛采用电主轴结构，特别是在复合加工机床、多轴联动、多面体加工机床和并联机床中。电主轴是高速数控加工机床的“心脏部件”，其性能指标直接决定机床的水平，它是机床实现高速加工的前提和基本条件。 2、电主轴的工作原理、典型结构及优点 2.1 电主轴的工作原理电主轴就是直接将空心的电动机转子装在主轴上，定子通过冷却套固定在主轴箱体孔内，形成一个完整的主轴单元，通电后转子直接带动主轴运转。 2.2电主轴的典型结构电主轴单元典型的结构布局方式是电机置于主轴前、后轴承之间（如图所示），其优点是主轴单元的轴向尺寸较短，主轴刚度大，功率大，较适合于大、中型高速数控机床；其不足是在封闭的主轴箱体内电机的自然散热条件差，温升比较高。 1主轴箱体 2冷却套 3冷却水进口 4定子 5转子 6套筒 7冷却水出口 8转轴 9反馈装置 10主轴前轴承 11主轴后轴承 2.3电主轴的优点电主轴省去了带轮或齿轮传动，实现了机床的“零传动”，提高了传动效率。电主轴的刚性好、回转精度高、快速响应性好，能够实现极高的转速和加、减速度及定角度的快速准停（C轴控制），调速范围宽。 3、电主轴的关键技术 “电主轴”的概念不应简单理解为只是一根主轴套筒，而应该是一套组件，包括：定子、转子、轴承、高速变频装置、润滑装置、冷却装置等。因此电主轴是高速轴承技术、润滑技术、冷却技术、动平衡技术、精密制造与装配技术以及电机高速驱动等技术的综合运用。 3.1电主轴的高速轴承技术实现电主轴高速化精密化的关键是高速精密轴承的应用。目前在高速精密电主轴中应用的轴承有精密滚动轴承、液体动静压轴承、气体静压轴承和磁悬浮轴承等，但主要是精密角接触陶瓷球轴承和精密圆柱滚子轴承。液体动静压轴承的标准化程度不高；气体静压轴承不适合于大功率场合；磁悬浮轴承由于控制系统复杂，价格昂贵，其实用性受到限制。

高速电主轴的内部结构说明

高速电主轴的内部结构说明高速主轴单元主要有高速电主轴，气动主轴和水动主轴。其中高速电主轴最为常见，高速电主轴单元是高速加工机场中最为关键的部件之一。目前大多数电主轴结构都是把加工主轴与电机转轴做成一体，以实现零传动。同时电机外壳带有冷却系统，高速电主轴主要有带冷却系统的壳体，定子、转子、轴承等部分组成，工作时通过改变电流的频率来实现增减速度。由于高速电主轴要实现高速运转，以下几个零部件质量直接影响着高速电主轴的性能。（1）转轴是高速电主轴的主要回转体。他的制造精度直接影响电主轴的最终精度。成品转轴的形位公差尺寸精度要求很高，转轴高速运转时，由偏心质量引起震动，严重影响其动态性能，必须对转轴进行严格动平衡测试。部分安装在转轴上的零件也应随转轴一起进行动平衡测试。（2）高速电主轴的核心支撑部件是高速精密轴承。因为电主轴的最高转速取决于轴承的功能、大小、布置和润滑方法，所以这种轴承必须具有高速性能好、动负荷承载能力高、润滑性能好、发热量小等优点。近年来，相继开发了动静压轴承、陶瓷轴承、磁浮轴承。动静压轴承具有很高的刚度和阻尼，能大幅度提高加工效率、加工质量、延长寿命，降低加工成本；而且这种寿命为半无限长。磁浮主轴的高速性能好、精度高、容易实现诊断和在线监控。但这种主轴由于电磁测控系统复杂，价格十分昂贵，而且长期居高不下，至今未能得到广泛应用。目前市场上应用最广泛的就是陶瓷轴承，一般的角接触陶瓷轴承内外圈都是钢圈，滚动体是陶瓷材料。陶瓷具有密度小，刚度好，热膨胀系数小等优点。而且在理论计算和接触疲劳试验和压碎试验表明，混合式陶瓷轴承首先失效的是钢圈而不是陶瓷球。由于前面三种轴承理论寿命均为无穷大，特别是磁悬浮轴承还具有自动调节偏心等优点，在未来超高速机床市场上，随着技术的发展，磁悬浮轴承应是发展方向。而在一般的高速加工机床中，混合式陶瓷轴承或纯陶瓷轴承也将具有广泛的使用场合。（3）润滑系统采用良好的润滑系统对高速电主轴性能有着重要的影响。典型的润滑方法是采用油雾润滑或气油混合物润滑。前者主是把润滑油雾化在对轴承进行润滑，润滑油不可再回收，对空污染较严重。后者是直接把润滑油利用高压空气吹进轴承，润滑作用的同时还起到散热的作用。(end) 文章内容仅供参考() ()(2010-7-1) 本文由无锡汽车租赁https://www.360docs.net/doc/152709883.html, 奶茶店加盟https://www.360docs.net/doc/152709883.html, 联合整理发布

电主轴装配

16电主轴组装流程和工艺一、定子组装；1.定子组装时，先把后轴承座与定子用8个M3X25的内六方固定，固定是注意定子的线，不要挤压或划伤。2.在定子上装上密封圈，密封圈是定子自己带的，涂上重黄油。3.再装入主轴箱之前，先打磨主轴箱内部，防止划伤密封圈，清理干净后涂上重黄油。再将定子缓慢放入主轴箱里面，不要划伤。4.后轴承座与主轴箱用4个M6X25的内六方连接。5.再装的过程中，如果有点紧，可以把定子与后轴承座之间的螺钉松一点。就可以顺利装进去。6.在主轴箱上部装上压力表和气阀，通上气，看看是否漏气。二、转子组装：1.将轴心、转子定位套清理干净后，用酒精擦拭干净。 2.将转子里外擦拭干净。 3.在轴心、转子定位套、转子上涂上680胶（圆柱形部件固持胶LOCTITE680）,将转子装入轴心上，转动几下，使胶粘合均匀。 4.将转子定位套装入轴心上，同上，转动。使胶粘合均匀。 5.用2个M3X6的圆柱顶丝堵上注口。 6.擦拭多余的胶，是转子表面干净。放置12小时。三、整体装配：1.轴承7009、7007配对，清洗，晾干，注油脂，旋转使油脂均匀。2.测量前轴承座的深度，看看轴承，前压盖和轴承之间的间隙。间隙值在0.15-0.2之间最好。3.前压盖上的密封圈是S75.前轴承座的密封圈是G105.涂上重黄油。4.将轴承7009CTYNDBLP4装入前轴承座，装上前压盖，前压盖用4个M6X8内六方固定.5.将装好的转子装入前轴承座内，一起放入主轴箱。前轴承座与主轴箱用6个

M6X20的内六方固定。6.在前轴承压盖上装上两个叠型密封圈FK6-ASD-65。将前轴承压盖上紧在轴心上。用72N.m的力度锁紧。7.将后端的后轴承座螺钉和定子的螺钉松开，装上轴承7007CTYNDBLP4。使轴承在后轴承座内顺畅。8.将磁感应环装在感应环安装坐上，用4个M4X12内六方固定，然后将感应环安装座和磁感应环一起装入后端，和轴承贴紧。9.在刹车盘装上1个M4X12的圆柱头顶丝。然后将刹车盘装在后端，贴紧感应环安装座。顶丝对准轴心上的键槽。上紧顶丝后松半圈。使刹车盘能前后顺畅移动。但不能左右转动。10.用M35X1.5的锁紧螺母锁紧后端，锁紧力度为57N.m。然后上紧刹车盘顶丝。11.用千分表校正主轴前端外圆和内孔的精度，可以从后轴承座校正。精度在0.002以内就合格，然后锁紧后轴承座的螺钉和定子的螺钉。12.装上前盖，前盖用4个M4X12 的内六方螺钉固定。四、主轴跑和：1.先是机械跑和，用皮带带动主轴转动，500正反转，各10分钟，1000正反转各10分钟，2000正反转各10分钟。3000正传30分钟。2.取下皮带，通电跑和3000转30分钟，作动平衡，做到G0.4级。3.做完动平衡后，继续跑和。需要水冷，4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000转各跑合30分钟。4.记录温升和噪音。五、后期装配：1.后盖用3个M8X55内六方固定，装之前先把线从后盖的穿线孔抽出来，再装后盖。2.爪母体和爪母体盖用4个M4X6的内六方固定，装的时候注意卡爪能否顺利摆动。有死点或者卡死，调

圆锥滚子轴承在风电主轴支撑结构中的应用与分析

圆锥滚子轴承在风电主轴支撑结构中的应用与分析现代制造2012年4月16日随着风力发电机功率的不断提高，以往在主轴支撑结构中使用较多的调心滚子轴承正在逐渐地被圆锥滚子轴承方案所取代。常见的圆锥滚子轴承方案有三种，分别是双列圆锥滚子轴承加圆柱滚子轴承的方案，两个单列圆锥滚子轴承配合使用的方案以及一个超大圆锥滚子轴承的方案。这三种方案具有一定的共性，但又各自具有不同的特点，因此适用于不同的主轴设计思路。本文通过比较的方法阐述了这三种圆锥滚子轴承方案的特点以及在轴承选型分析时需要注意的关键点。陆建国铁姆肯公司高级应用工程师双列圆锥滚子轴承+圆柱滚子轴承方案 1. 布置结构这种方案被广泛地应用于兆瓦级风机的主轴支撑结构中，常见的布置形式有两种：一是圆锥滚子轴承布置于上风向位置，圆柱滚子轴承布置于下风向位置；二是圆锥滚子轴承布置于下风向位置，圆柱滚子轴承布置于上风向位置。无论哪一种布置形式，一般圆锥滚子轴承都作为固定端支撑而承受轴向力，而圆柱滚子轴承则作为浮动端而吸收轴向热膨胀。圆锥滚子轴承被布置于上风向时，由于其不仅要承受很大的径向力还要承受轴向力，所以轴承所需的承载能力要远远大于下风向的圆柱滚子轴承。因此轴承的成本相对会比较高，但是圆锥滚子轴承可以采用预紧也即负游隙从而使得轮毂端的刚性得到提高。 2. 游隙及锥角的选择这种方案比较常见的组合是NU/NNU型圆柱滚子轴承加上双内圈型圆锥滚子轴承，有时也会采用NJ型圆柱滚子轴承。双列圆锥滚子轴承两排滚子间的载荷分配一般都不是均匀的，承受外部轴向

力的一列受力要大很多，相应地疲劳寿命也会小很多，适当减小游隙可以在一定程度上避免这种情况的发生。图一和图二是某1.5MW风机同一工况下不同游隙所形成的承载区比较。图一同一工况下-0.2mm 安装游隙时两列轴承的承载区

国内外高速电主轴技术的现状与发展趋势

高速电主轴技术的现状与发展趋势高速数控机床（CNC）是装备制造业的技术基础和发展方向之一，是装备制造业的战略性产业。高速数控机床的工作性能，首先取决于高速主轴的性能。数控机床高速电主轴单元影响加工系统的精度、稳定性及应用范围，其动力性能及稳定性对高速加工起着关键的作用。 1、高速电主轴对数控机床的发展以及金属切削技术的影响对于数控机床模块化设计、简化机床结构、提高机床性能方面的作用： (1)简化结构，促进机床结构模块化电主轴可以根据用途、结构、性能参数等特征形成标准化、系列化产品，供主机选用，从而促进机床结构模块化。 (2)降低机床成本，缩短机床研制周期一方面，标准化、系列化的电主轴产品易于形成专业化、规模化生产，实现功能部件的低成本制造；另一方面，采用电主轴后，机床结构的简单化和模块化，也有利于降低机床成本。此外，还可以缩短机床研制周期，适应目前快速多变的市场趋势。 (3)改善机床性能，提高可靠性采用电主轴结构的数控机床，由于结构简化，传动、连接环节减少，因此提高了机床的可靠性；技术成熟、功能完善、性能优良、质量可靠的电主轴功能部件使机床的性能更加完善，可靠性得以进一步提高。 (4)实现某些高档数控机床的特殊要求有些高档数控机床，如并联运动机床、五面体加工中心、小孔和超小孔加工机床等，必须采用电主轴，方能满足完善的功能要求。 2、促进了高速切削技术在机械加工领域的广泛应用电主轴系由内装式电机直接驱动，以满足高速切削对机床“高速度、高精度、高可靠性及小振动”的要求，与机床高速进给系统、高速刀具系统一起组成高速切削所需要的必备条件。电主轴技术与电机变频、闭环矢量控制、交流伺服控制等技术相结合，可以满足车削、铣削、镗削、钻削、磨削等金属切削加工的需要。采用高速加工技术可以解决机械产品制造中的诸多难题，取得特殊的加工精度和

机床用高速主轴轴承技术

机床用高速主轴轴承技术 1 高速主轴轴承发展情况为了适应机床主轴的高速要求，一般多使用刚性和高速性能优良的角接触球轴承，其次使用圆柱滚子轴承(见表1)。与此同时逐步开发出与之相适应的润滑系统。从表述主轴轴承高速性能的dmN值(dm为轴承节圆直径mm，N为转速r/min)来看，脂润滑条件下dmN值在50×104以下。开发出油气润滑后，dmN值已达到100×104以上。此后在轴承方面又开发出了滚动体为陶瓷的角接触球轴承，实现了dmN值为200×104。到90年代开发出喷射润滑后，dmN值可达到300×104。表1 主轴用滚动轴承特性比较表2 陶瓷材料(Si3N4)与轴承钢(Gcr15)性能比较

1) 高速角接触球轴承从表1可以看出圆锥滚子轴承，单列、双列圆柱滚子轴承在高速性能方面均劣于角接触球轴承。角接触轴承是具有接触角的轴承，接触角越大轴向刚度越好，但因为球与滚道之间的陀螺滑动和自旋滑动也大，因此发热也会增加。为了提高速度性能，方法是减小球的大小(或质量)，改变沟道的曲率系数，以减小球的离心力，降低高速运转时产生的内部载荷，同时增加球的数量以提高刚性。 2) 陶瓷球角接触球轴承为了减少球质量以提高速度，推出了仅滚动体系用氮化硅(Si3N4)陶瓷的混合型陶瓷球轴承，其性能比较见表2。作为高速主轴轴承材料，陶瓷(Si3N4)有以下优点： ·重量轻。由于密度比轴承钢小，高速旋转时滚动体产生的离心力小，旋转力矩可以减小，因此可以降低温升，提高寿命。 ·良好的导热性使陶瓷材料的滚动体在高速运转时不易与金属产生粘着。在润滑条件较好的情况下耐烧伤。 ·热膨胀小。滚动体与内圈接触时不易发生预紧力增加而导致游隙减小，出现烧伤。·由于硬度高、刚性好，轴承的变形小，主轴的刚性也得到提高。因此，综上所述，采用陶瓷材料(Si3N4)作为滚动体，与轴承钢滚动体相比速度可提高约25%～35%，寿命可提高约3倍。 3) 新型混合角接触球轴承在高速旋转时，内圈由于离心力而产生膨胀，与滚动体接触应力变大，使内部预载荷增加、游隙变小、发热增加。针对此问题，最近开发出内圈为不锈钢的新型混合陶瓷球轴承。由于不锈钢的线膨胀系数比轴承钢小20%，因而能进一步控制轴承在高速旋转时因内圈膨胀而造成的预载荷增加。在润滑条件充分，固定预载荷下dmN 值可提高1.2倍。 4) 内圈为陶瓷的混合角接触球轴承近来有资料介绍，在定位预载紧的情况下，内圈也使用陶瓷材料的混合型角接触球轴承。因为内圈也使用陶瓷材料，轴承内径或滚道离心膨胀小，预紧的增加也较小，加之刚性好，球和滚道的接触面积小，所以发热和膨胀也较小，可以比仅球为陶瓷的轴承达到更高转速。但是，正是由于高速旋转时离心和膨胀小，它与金属制主轴之间的配合应力如果过大就可能产生破坏甚至碎裂。 3 高速化主轴轴承的润滑主轴轴承的高速化发展趋势对润滑提出了更高的要求。传统dmN值在50×104以下

电主轴维护保养

电主轴的故障分析按照电主轴铭牌所标定的电参数设定变频器： 1、最高转速：Nmax对Fmax 2、额定电压：Ue 一般变频器输出电流最小应为电主轴额定电流的1.3倍。 3、调整二次雾化器，要求供气压力≥0.35MPa,油滴量≥70-90滴/ 分钟，油品：32＃汽轮机油。 4、进入电主轴的冷却介质：温度≤25℃，流量为6－10L/min 5、安装：电主轴装入座套，进水口在正下方，出水口在上方，前端漏水口在正下方。 6、电主轴的启动步骤：（1）通水（2）通油雾（3）通电运转 7、电主轴的停车步骤：（1）停止运转（2）停水（3）停油雾电主轴出现故障大致可分为机械故障和电气故障两大类。主要故障包括以下六方面： 1、温升过高 2、刚性差 3、振动大 4、精度差 5、启动困难 6、掉速电主轴的故障分析： 1、温升过高故障分析油雾型电主轴外壳最热点温升超过25℃，油脂型电主轴外壳最热点温升超过30 ℃应视作异常。造成主轴温升过高的原因很多，主要规类为：（1）装配原因、（2）使用原因、（3）润滑原因、（4）电气原因、（5）制造质量原

因。（1）装配原因：1）选用轴承质量差，高速旋转时轴承温升过高。 2）轴承反装、或安装未到位。 3）装配时清洁度差，轴承工作区域混入杂物。 4）主轴轴承外径不轴承座孔内径配合间隙过小。 5）转轴轴承档外径不轴承内孔过盈偏大。 6）轴承间内外调整垫平行差，垂直度差。7）无导套型电主轴后轴承外调整垫外径过大，使之与轴承座孔无间隙，后轴承组无法在后座孔内自由移动。 8）轴承间调整垫未研磨好，造成只有一套轴承承受轴向负荷。9）主轴施加预负荷量过大。（2）使用原因： 1）电机冷却不够充分，冷却系统流量偏小，水箱过小，冷却水管堵塞。 2）主轴不电源匹配、电源供给的三相丨频电压过高。 3）配用的三相静止发频电源输出波形差，高次谐波含量过高。 4）电主轴长时间超载、超负荷、超速运行。 5）由于操作不慎造成撞车、闷车事故，主轴及轴承损坏。（3）润滑原因：1）油脂润滑型电主轴选用油脂牌号不对，油脂润滑性能不好。 2）油脂填充量不足，润滑不充分。 3）油脂填充量太多，主轴运转时无法在短时间内将多余的油脂全部甩出工作区域。 4）主轴长期搁置后，重新启用时，未检查内装油脂质量。 5）轴承清洗后未晾干就直接装油，主轴高速运转时，大部分油脂被甩出工作区域。 6）油雾润滑系统工作不正常，不能保证稳定持续供油。 7）使用油品不对、粘度

高速电主轴设计

高速电主轴设计近10年随着高速加工技术的迅猛发展和日益广泛的应用，各工业部门，特别是航空航天、汽车工业、模具加工和摩托车工业等，对高速数控机床的需求量与日俱增。美、日、德、意和瑞士等工业发达国家已生产了多种商品化高速机床，下表列出了近几年在国际机床市场上出现的几种著名品牌的高速加工中一般说来，高速机床都是数控机床和精密机床，其传动结构的最大特点是实现了机床的“零传动”。从机床的主传动系统来看，这种传动方式取消了从主电动机到主轴之间一切中间的机械传动环节(如皮带、齿轮、离合器等)，实现了主电动机与机床主轴的一体化。这种传动方式有以下优点：1、机械结构最为简单，传动惯量小，因而快速响应性好，能实现极高的速度、加(减)速度和定角度的快速准停(C轴控制)。 (a)无矢量控制(b)有矢量控制图1 扭矩—功率特性

采用交流变频调速和矢量控制的电气驱动技术，输出功率大，调速范围宽。有比较理想的扭矩——功率特性(图1b)，一次装夹既可实现粗加工又可进行高速精加工。实现了主轴部件的单元化，可独立做成标准化的功能部件，并由专业厂进行系列化生产。机床主机厂只需根据用户的不同要求进行选用，可很方便地组成各种性能的高速机床，符合现代机床设计模块化的发展方向。电主轴的机械结构虽然比较简单，但制造工艺的要求却非常严格。这种结构还带来一系列新的技术难题，诸如内置电动机的散热、高速主轴的动平衡、主轴支承及其润滑方式的合理设计等问题，必须妥善地得到解决，才能确保主轴稳定可靠的高速运转，实现高效精密加工。本文结合我校高速电主轴的研制实践，探讨铣镗类高速大功率电主轴设计与制造中的有关问题。1 电主轴的基本参数与结构布局电主轴的主要参数有：(1)主轴最高转速和恒功率转速范围：(2)主轴的额定功率和最大扭矩：(3)主轴前轴颈直径和前后轴承的跨距等。其中主轴最高转速、前轴颈直径和额定功率是基本参数。电主轴通常装备在高速加工中心上，在设计电主轴时要根据用户的工艺要求，采用典型零件统计分析的方法来确定这些参数。机床厂对同一尺寸规格的高速机床，一般会分两大类型，即“高速型”和“高刚度型”分别进行设计。前者主要用于航空、航天等工业加工轻合金、复合材料和铸铁等零件：后者主要用于模具制造、汽车工业中高强度钢或耐热合金等难加工材料和钢件的高效加工。在设计电主轴时，还要注意选择有较好扭矩———功率特性和有足够宽调速范围的变频电动机及其控制模块。根据主电动机和主轴轴承相对位置的不同，高速电主轴有两种布局方式： 1.编码盘 2.电主轴壳体 3.冷却水套 4.电动机定子 5.油气喷嘴 6. 电动机转子7.阶梯过盈套8.平衡盘9.角接触陶瓷球轴承图2 GD-2型电主轴