張廣宇

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的制造業(yè)呈現(xiàn)出較為明顯的發(fā)展形勢，提高生產(chǎn)效率成為各個(gè)方面關(guān)注的重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高速加工能夠使這個(gè)問題得到較好的緩解。想要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，就需要選用高速機(jī)床。高速電主軸是數(shù)控機(jī)床的核心部分，具備強(qiáng)耦合性質(zhì)。實(shí)際上，其在機(jī)電能量轉(zhuǎn)換中，可以體現(xiàn)出機(jī)電耦合性質(zhì)，能夠?qū)Ω咚匐娭鬏S產(chǎn)生較為重要的影響，針對其進(jìn)行動力學(xué)模型構(gòu)建具有較為重要的現(xiàn)實(shí)作用。

關(guān)鍵詞：高速電主軸電動機(jī)；主軸系統(tǒng)；機(jī)電耦合

機(jī)電耦合系統(tǒng)具有機(jī)械與電磁的共同特性，其本身運(yùn)作也涉及到兩者之間的轉(zhuǎn)換。這種特性在各類機(jī)電系統(tǒng)中十分常見。一般情況下，其本身運(yùn)作頻率和速度相對較為低下，可以忽視其電磁輻射。但是，這種情況并不絕對，一旦其頻率或速度達(dá)到一定程度，就會在發(fā)揮作用的過程中，產(chǎn)生相對較強(qiáng)的電磁輻射。

一、高速電主軸機(jī)電耦合分析

從機(jī)電耦合的方向?qū)Ω咚匐娭鬏S進(jìn)行分析，主要目的是為了對其動態(tài)性能進(jìn)行較為必要的研究。事實(shí)證明，此研究不僅具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，也會在工程施工的過程中發(fā)揮重要的作用。

1.方法與內(nèi)容

在工程當(dāng)中，機(jī)電耦合傳動系統(tǒng)是各個(gè)部分的有機(jī)組合，具體來說，其兩個(gè)主要組成部分分別為電機(jī)與機(jī)械傳動軸。由此可見，只要系統(tǒng)組成的兩個(gè)部分存在，就會出現(xiàn)相應(yīng)的機(jī)電耦合。當(dāng)前，其傳動方式主要針對電機(jī)與負(fù)載進(jìn)行添加，使其能夠具備傳動功能，比如鏈條、皮帶等。同時(shí)，負(fù)載和電機(jī)之間能夠直接實(shí)現(xiàn)耦合過程。這種運(yùn)作方式能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，避免故障及磨損的發(fā)生。

高速電動主軸傳動方式屬于直接耦合。其本身與主軸本身存在一定關(guān)聯(lián)，在構(gòu)成方面體現(xiàn)出較為復(fù)雜的特性。其內(nèi)部包含各個(gè)部分的子系統(tǒng)，在運(yùn)作過程中存在較多繁復(fù)耦合關(guān)系。針對其進(jìn)行建?？剂靠梢赃\(yùn)用分解協(xié)調(diào)法。在這個(gè)過程中，比較容易出現(xiàn)各個(gè)部分之間的耦合變量存在較為明顯差異的情況。針對這種情況，便需要運(yùn)用統(tǒng)一原則針對其存在的差異進(jìn)行消除，使其能夠較好地符合現(xiàn)實(shí)情況。通過此形式便可以使得各個(gè)部分之間的優(yōu)化結(jié)果得到確認(rèn)。然后，需要確定電主軸系統(tǒng)中的變量類別劃分，使其能夠較好地滿足要求，便可以針對耦合情形的結(jié)構(gòu)已經(jīng)擾動效應(yīng)進(jìn)行探索，進(jìn)而確定處理與之有關(guān)的各種參數(shù)的對策，如此便可以實(shí)現(xiàn)高速電主軸機(jī)電耦合的處理。

2.存在的問題

但是，針對這些問題進(jìn)行探索的過程中，需要面對較多問題，如病態(tài)剛性方程。從整體對問題進(jìn)行分析的過程中，耦合變量過多會導(dǎo)致系統(tǒng)變量隨之變得相對繁復(fù)，對于結(jié)果的確定存在一定的干擾，使得整個(gè)探索過程的難度增加。針對首個(gè)問題進(jìn)行分析可知，可以選擇不同類型的速度變量，運(yùn)用差異性數(shù)值積分法與其進(jìn)行搭配實(shí)現(xiàn)整個(gè)求解過程。其后的問題可以通過信息技術(shù)的不斷發(fā)展獲得相應(yīng)的答案。其實(shí)，對于最后一個(gè)問題而言，也可以秉持科學(xué)理念，運(yùn)用合理方式對其進(jìn)行必要的解決。

二、高速電主軸電動機(jī)—主軸系統(tǒng)的機(jī)電耦合模型構(gòu)建

1.原理與方法

系統(tǒng)中可能包含集中參數(shù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其運(yùn)動表達(dá)式主要涉及電氣和機(jī)械兩個(gè)方面。其中電氣方程與電壓和磁場有關(guān)，而機(jī)械方程則包括電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械轉(zhuǎn)矩方程。

構(gòu)建相應(yīng)表達(dá)式的方法通常為動態(tài)耦合電路法、變分原理法以及傳統(tǒng)法。其中，第一種方法將系統(tǒng)當(dāng)作一個(gè)電路，本身具備較強(qiáng)的動態(tài)性質(zhì)，運(yùn)用各種理論對其進(jìn)行限定，然后建立起相應(yīng)的表達(dá)式。這種類型的表達(dá)式具有便于理解的特點(diǎn)，能夠從物理角度將所要表達(dá)的思想進(jìn)行較為明確的確認(rèn)。但是，其在使用的過程中存在一定程度的弊端，針對構(gòu)成相對較為繁復(fù)的系統(tǒng)而言，想要對其進(jìn)行建立，需要花費(fèi)的時(shí)間相對較長，具備較高的時(shí)間成本。第二種方式具備一定程度的積分性質(zhì)，而第三種方法則會在應(yīng)用的過程中體現(xiàn)出較為抽象的特點(diǎn)，表達(dá)式難以理解。

2.模型構(gòu)建

課題按照動力學(xué)分析原理構(gòu)建出物理以及數(shù)學(xué)兩種類型的模型。其中物理方面的模型可以針對其內(nèi)部的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行必要分析，將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以及三項(xiàng)電流等系數(shù)進(jìn)行必要研究，進(jìn)而刻畫出相應(yīng)的物理模型。在模型建立的過程中，需要設(shè)定相應(yīng)的前提條件，雖然磁飽和與鐵芯耗損會對模型產(chǎn)生一定的影響，但是仍然需要對其進(jìn)行排除，也要忽視溫度等方面的影響，通過確定坐標(biāo)并綜合各項(xiàng)參數(shù)便可以確定相應(yīng)的方程。

事實(shí)證明，建立模型能夠較好地解決問題，鐵芯損耗等因素會對模型的精度產(chǎn)生擾動作用。磁場的穩(wěn)定度也存在一定的擾動作用，會對電主軸的能量變化以及動力學(xué)參數(shù)發(fā)揮重要作用。

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