韩晓珊，李海虹

(太原科技大学 机械工程学院,山西 太原 030024)

0 引言

高速电主轴是机床的核心部件，为了实现较高的加工质量，对电主轴各零件的刚度和精度要求都比较高。电主轴中电动机的损耗及轴承的摩擦生热是不可避免的，且引起的热变形是影响机床加工精度的主要因素。因此，对电主轴的温度场及热载荷下的动态特性进行仿真分析具有十分重要的意义。本文分析了导致电主轴热振动的主要因素,并通过计算和仿真比较了受热因素影响后电主轴的振动特性。

1 电主轴的热载荷分析

1.1 电主轴的热源分析

电主轴的结构如图1所示。其中，内置电机的定、转子与前后轴承的运转发热是电主轴的两大主要热源。

1-主轴; 2-后轴承; 3-电机定子; 4-外壳;5-冷却套筒; 6-前轴承; 7-电机转子

生热率q的计算公式为：

q=Q/V.

(1)

其中：Q为热源的发热量；V为热源的体积。

参考文献[1],根据公式，计算轴承中滚动体与滚道间接触区摩擦产生的热量Qf：

Qf=1.047×10-4nM.

(2)

且

M=M0+M1.

(3)

M0=f1P1dm.

(4)

其中：M为轴承的摩擦力矩；M0为与轴承负载有关的反映弹性滞后和局部差动滑动的摩擦损耗；M1为与速度有关的反映润滑剂的流体动力损耗；n为轴承转速；dm为轴承中径；f1为与轴承类型和所受负荷有关的系数；P1为轴承摩擦力矩的计算载荷。

单列安装时：

f1=0.001 3(F0/C0)0.33,P1=Fa+0.1Fr.

(5)

双列安装时：

f1=0.001(F0/C0)0.33,P1=1.44Fa-0.1Fr.

(6)

其中：C0为轴承额定静载荷；Fa为轴向载荷；Fr为径向载荷；F0为轴承的当量静载荷，采用以下公式进行计算：

F0=0.5Fr+0.92Fa.

(7)

当υ′n≥3.33×10-5m2·r/s2时:

(8)

当υ′n<3.33×10-5m2·r/s2时:

(9)

其中：f0为与轴承类型和润滑方式有关的经验系数;υ′为工作温度下润滑剂的运动黏度。……