陈小安， 张 朋， 陆永亚， 合 烨， 刘俊峰

(重庆大学 机械传动国家重点实验室，重庆 400044)

高速旋转机械的高速电主轴转子系统偏心状态会引起主轴剧烈振动，不但影响数控机床加工精度，且会导致电主轴失效[1-2]。将转子偏心引起的离心力载荷作为高速电主轴主要外载荷研究较多。Hongqi等[3-4]通过建立的高速电主轴热-机耦合动力学模型，在对动力特性研究中发现，离心力载荷是转子系统的重要外载荷。Jorgensen等[5-6]据影响系数法建立高速电主轴动力学模型，讨论不同工况离心力载荷对转子动力学行为响应。Nelson[7]用Timoshenko梁理论建立高速电主轴动力学模型，并详细分析离心力载荷计算方法。

本文将高速电主轴转子偏心状态引起的另一重要载荷-电磁不平衡拉力考虑入转子外载荷，分析两种外载荷对转子动态特性影响；计算轴承动态支撑刚度随转速的变化及对转子系统一阶固有模态影响；通过实验进行理论分析验证。

1 转子偏心载荷模型

制造、装配等误差易导致高速电主轴转子系统偏心。高转速下转子系统偏心状态会产生附加载荷-电磁不平衡拉力载荷与离心力载荷。

1.1 电磁不平衡拉力载荷

图1 转子偏心气隙

高速电主轴转子偏心时，电机定转子不对心会造成气隙磁场不均匀，导致转子系统径向附加磁拉力[8-9]。转子偏心见图1。图1中δ为实际气隙厚度；δ0为理想气隙厚度；e为定转子偏心距；α，γ分别为相互位置角。

实际气隙厚度为：

δ=δ0-ecos(α-γ)

(1)

气隙磁导为：

Λ=μ0/Kμδ

(2)

式中：μ0为空气导磁系数；……