高�電機(jī)通常是指�(zhuǎn)速超�10000r/min的電�(jī)。它們具有以下優(yōu)�(diǎn):一是由于轉(zhuǎn)速高,所以電�(jī)功率密度高,而體積遠(yuǎn)小于功率普通的電機(jī),可以有效的節(jié)約材�。二是可與原動機(jī)相�,取消了傳統(tǒng)的減速機(jī)�(gòu),傳動效率高,噪音小。三是由�高速電�(jī)�(zhuǎn)動慣量小,所以動�(tài)響應(yīng)快�
高速加工技�(shù)越來越受到人們的�(guān)�,它不僅可獲得更大的生產(chǎn)�,而且還可獲得很高的加工質(zhì)�,并可降低生�(chǎn)成本,因而被�(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前途的先�(jìn)制造技�(shù)之一�
在先�(jìn)工業(yè)國家,此�(xiàng)技�(shù)已廣泛應(yīng)用于航空、航天及模具行業(yè)。在近五年中,我國的該項(xiàng)技�(shù)也取得了長足的�(jìn)�。是�(shí)�(xiàn)高速切削的前提條件�
高速機(jī)床與虛擬軸機(jī)床均為機(jī)床突破性的重大變革。無論是普通數(shù)控機(jī)床還是虛擬軸�(jī)�,實(shí)�(xiàn)高速化的關(guān)鍵部件仍是主軸單��
主軸高速化常用dn�(dn值是指主軸軸承的平均直徑(mm)與主軸的極限�(zhuǎn)�(r/min)的乘�)來衡量,高速主軸常是指dn值在1.0×106以上的主�。隨著軸承技�(shù)、潤滑技�(shù)的發(fā)�,主軸的�(zhuǎn)速在逐年提高。在資料顯示,在80年代,主軸軸承在脂潤滑條件下的dn值最多只能達(dá)�0.5×106,但�(dāng)油氣潤滑裝置開發(fā)出來以后,dn值迅速提高到1.0×106,采用角接觸陶瓷球軸承后,主軸軸承的dn值�(jìn)一步提高到2.0×106�
�90年代,采用新的潤滑方式——噴射潤�,使主軸的dn值達(dá)�3.0×106。對于轉(zhuǎn)速在10000r/min以上的主軸單�,通過皮帶或者聯(lián)軸器來驅(qū)動已不再合適,較合理的方式是采用�(nèi)裝電�(jī)直接�(qū)�,即將電�(jī)的轉(zhuǎn)子直接安裝在主軸�,定子安裝在主軸套筒�,做成所謂電主軸的形��
該電主軸具有�(jié)�(gòu)緊湊、易于平�、傳動較率高等優(yōu)�(diǎn),是高速主軸理想的�(jié)�(gòu)。電主軸的性能除了受軸承及其潤滑技�(shù)影響較大以外,還受許多因素的影響,其中包括軸承預(yù)緊力的控�、內(nèi)裝電�(jī)的發(fā)熱與冷卻、主軸的動平�、軸上零件的連接��
此外,主軸軸端的�(shè)�(jì)也是高速電主軸不容忽視的問�� 電主軸軸承的選擇及其�(yù)緊技�(shù)用在高速主軸單元上的軸承主要有角接觸球軸承、磁懸浮軸承、水基動靜壓軸承、空氣動靜壓軸承��
磁懸浮軸承由于價(jià)格昂�,控制系�(tǒng)�(fù)雜,�(fā)熱問題難以解�,因而還無法在高速主軸單元上推廣�(yīng)��
水基靜壓軸承是目前國�(nèi)較熱門的研究課題之一,它是利用水具有熱容量較�、軸承溫升較小的特點(diǎn),部分解決了普通動、靜壓軸承發(fā)熱嚴(yán)重的問題,主要用在低速重載場��
空氣動靜壓軸承徑向剛度低并有沖擊,但高速性能�,一般用在超高�、輕載、精密主軸上�
角接觸球軸承dn值在2.0×106以下的高速主軸單元中�(yīng)用,無論是速度極限、承載能力、剛�、精度等各方面均能很好地滿足要求并已�(biāo)�(zhǔn)化,�(jià)格低��
角接觸球軸承還可通過以下方法來提高性能�
主軸軸承常見的潤滑方式有脂潤滑、油霧潤�、油氣潤�、噴射潤滑及�(huán)下潤滑等�
脂潤滑不需任何�(shè)�,是低速主軸普遍采用的潤滑方式。dn值在1.0×106以上的主�,多采用油潤滑的方式.
油霧潤滑是將潤滑�(如透平�)�(jīng)壓力空氣霧化后對軸承�(jìn)行潤滑的。這種方式�(shí)�(xiàn)容易,設(shè)備簡�,油霧既有潤滑功�,又能起到冷卻軸承的作用,但油霧不易回收,對�(huán)境污染嚴(yán)�,故逐漸被新型的油氣潤滑方式所取代�
油氣潤滑是將少量的潤滑油不經(jīng)霧化而直接由壓縮空氣定時(shí)、定量地沿著專用的油氣管道壁均勻地被帶到軸承的潤滑區(qū)。潤滑油起潤滑的作用,而壓縮空氣起推動潤滑油運(yùn)動及冷卻軸承的作�。油氣始終處于分離狀�(tài),這有利于潤滑油的回收,而對�(huán)境卻沒有污染。實(shí)施油氣潤滑時(shí),一般要求每�(gè)軸承都有單獨(dú)的油氣噴嘴,對軸承噴射處的位置有�(yán)格的要求,否則不易保證潤滑效�,油氣潤滑的效果還受壓縮空氣流量和油氣壓力的影響。一般地�,增大空氣流量可以提高冷卻效�,而提高油氣壓�,不僅可以提高冷卻效�,而且還有助于潤滑油到�(dá)潤滑區(qū),因此,提高油氣壓力有助于提高軸承的�(zhuǎn)��
�(shí)�(yàn)表明,加大壓力比采用常規(guī)壓力�(jìn)行油氣潤滑可使軸承的�(zhuǎn)速提�20%。噴射潤滑是直接用高壓潤滑油對軸承�(jìn)行潤滑和冷卻的,功率消耗較�,成本高,常用在dn值為2.5×106以上的超高速主軸上�
�(huán)下潤滑是一種改�(jìn)的潤滑方�(見圖1),分為環(huán)下油潤滑和環(huán)下油氣潤�。實(shí)施環(huán)下油或者油氣潤滑時(shí),潤滑油或油氣從軸承的內(nèi)圈噴入潤滑區(qū),在離心力的作用下潤滑油更易于到�(dá)軸承潤滑區(qū),因而比普通的噴射潤滑和油氣潤滑效果好,可�(jìn)一步提高軸承的�(zhuǎn)�,如普通油氣潤�,角接觸陶瓷球軸承的dn值為2.0×106左右,采用加大油氣壓力的方法可將dn值提高到2.2×106,而采用環(huán)下油氣潤滑則可達(dá)�2.5×106。采用角接觸陶瓷球軸承圖1 �(huán)下潤滑結(jié)�(gòu)簡圖
影響角接觸球軸承高速性能的主要原因是高速下作用在滾珠上的離心力和陀螺力矩增大�
離心力增大會增加滾珠與滾道間的摩�,而陀螺力矩增大則會使?jié)L珠與滾道間產(chǎn)生滑動摩�,使軸承摩擦�(fā)熱加�,因而降低軸承的壽命�
為了提高軸承的高速性能,常采用兩種方法�
一是減小滾球的直徑,如采用已標(biāo)�(zhǔn)化的71900系列主軸軸承�
另一種則是采用新型的陶瓷(Si3N4)材料做滾�,由于Si3N4陶瓷材料的密度僅為軸承鋼�40%,因而這種軸承的高速性能明顯高于全鋼軸承。抑制振動及高速回�(zhuǎn)�(shí)滾珠公轉(zhuǎn)和自�(zhuǎn)的滑動,提高軸的回轉(zhuǎn)精度等,在主軸上使用的滾動軸承均需�(yù)�。預(yù)緊的方式主要有恒位置�(yù)緊和恒力�(yù)緊�
對于高速電�(jī),用維修普通電�(jī)的一般方法維�,未必能修好,修好后,未必能長時(shí)間使�。根�(jù)國內(nèi)外實(shí)踐經(jīng)�(yàn).介紹一下轉(zhuǎn)速為20000RPM 高速電�(jī)與一般低速電�(jī)不同的維修方法�
拆卸電樞
觀察電�(jī)�(yùn)�(zhuǎn)�(shí)碳刷與換向器之間是否�(chǎn)生火�,出�(xiàn)火花的程��(I)是無任何火花.說明碳刷與換向器都正常,無需修理�(2)只是�2�4�(gè)極小火花.這時(shí)仔細(xì)觀察換向器表面若是平整的.大多�(shù)情況可不必修��(3)除r�4�(gè)以F的極小火花,另有1�3�(gè)大火�,則不必拆卸電樞,只需用砂紙磨碳刷換向��(4)如果出現(xiàn)4�(gè) 上的大火�,則需要用砂紙磨換向器,甚至要�(rèn)真地將換向器�(jìn)行車加這時(shí)必須把碳刷與電樞拆卸下來.當(dāng)然一巨換向器被加工后,就一定要換碳刷磨碳刷�
拆卸方法
�?yàn)樵诓鹦抖松w與電樞時(shí).振動會把碳刷損�,所 �(yīng)首先把碳刷從碳刷糟中取出。又固為兩�(gè)� 稽與挾向器的夾角未必相同,為確保在安裝時(shí)能恢�(fù)原樣,左右碳刷不會裝�,必須在取出碳刷之前.給左右碳刷做好記號.另外切記不要碰壞碳 與換向器的接觸面�
高速電�(jī)的一端一般有一�(gè)散熱�(fēng)痢,在另一端也許會有一�(gè)測轉(zhuǎn)速用的磁鋼或測速環(huán)在拆卸散熱風(fēng)扇葉與磁鋼或測速環(huán)�(shí)一定要小心翼翼,不能把�(fēng)扇的崩葉、測速磁鋼碰�。其次要在風(fēng)扇軸套或在磁鋼軸套與軸之間也傲一�(gè)記號,以便修理完畢后可以按原來的�(biāo)記位置安� �?yàn)楦咚匐姍C(jī)的動平衡試驗(yàn)是帶著扇葉或測速環(huán)(測速磁�)作的,所以組裝時(shí),必須按拆卸�(shí)的記號組� 這一�(diǎn)在一般電�(jī)修理中是無關(guān)緊要的小�,I面在高速電�(jī)的修理中可事�(guān)大局。因?yàn)橐坏p壞測速環(huán)或風(fēng)扇片.或段有按記號組裝,即使其它部分修理得很好.組裝之后,在高速運(yùn)行時(shí) 也可能會引起整機(jī)的不平衡振動�
拆卸高速電�(jī)�(shí)不可用錘�、沖�? 等硬敲硬� 要用拉馬,使用拉馬時(shí)要注意:拉嗎� 要直接頂在眼上.要在拉馬與眼之同墊一保護(hù)墊,其目的是保護(hù)電樞軸上的眼避免損壞�
固定端蓋
在拆卸之前一要在七下端蓋上做上記號。以便修理后按原樣裝J�。拆卸r電樞上的軸承�(yīng)小心清洗,清洗時(shí)用干凈的航宅汽油,待汽油干后再用7014(�7018)軸承潤滑脂填滿軸承室(高速電�(jī)的軸承不能用普通黃�、二硫化�).放在干凈的地方待用;如果換向器的表面平整而且有一層紫色的光澤,這是氧化層可以保�(hù)換向器的表面,用揉軟的毛刷除去表面的粉末即可�
高速電�(jī)在以下各方面具有廣闊的應(yīng)用前景:
�1� 高速電�(jī)在空�(diào)或冰箱的離心式壓縮機(jī)等各種場合得到應(yīng)�,而隨著科�(xué)技�(shù)的發(fā)�,特殊要求越來越多,它的�(yīng)用也會越來越廣泛�
�2� 隨著汽車工業(yè)混合動力汽車的發(fā)�,體積小,重量輕的高速發(fā)電機(jī)將會得到充分的重�,并在混合動力汽�,航空,船舶等領(lǐng)域具有良好的�(yīng)用前��
�3)由�?xì)廨啓C(jī)�(qū)動的高速發(fā)電機(jī)體積小,具有較高的機(jī)動�,可用于一些重要設(shè)施的備用電源,也可作為獨(dú)立電源或小型電站,彌�(bǔ)集中式供電的不足,具有重要的�(shí)用價(jià)��
由于高速電�(jī)�(zhuǎn)子上的離心力與線速度的平方成正比,高速電�(jī)要求具有很高的機(jī)械強(qiáng)�;又由于高速電�(jī)頻率�,鐵耗大,在�(shè)�(jì)�(shí)�(yīng)適當(dāng)降低鐵心中的磁密,采用低損耗的鐵心材料�
軸承的研究也是與高速電�(jī)密不可分的內(nèi)�,因?yàn)槠胀ㄝS承難以承受在高速系�(tǒng)中承受長�(shí)間運(yùn)�,必須采用新材料和新�(jié)�(gòu)的軸��
高速電�(jī)可以有多種結(jié)�(gòu)形式,如感應(yīng)電機(jī)、永磁電�(jī)和磁阻電�(jī)等。電�(jī)在高速旋�(zhuǎn)�(shí)的離心力很大,當(dāng)線速度�(dá)�200m/s以上�(shí),常�(guī)疊片�(zhuǎn)子難以承受高速旋�(zhuǎn)�(chǎn)生的離心�,需要采用特殊的高強(qiáng)度疊片或?qū)嵭霓D(zhuǎn)��
在轉(zhuǎn)子動力學(xué)�(fā)展的近百年的歷史�,出�(xiàn)過很多計(jì)算方�,發(fā)展到今天,現(xiàn)代的�(jì)算方法主要可以分為兩大類:傳遞矩陣法和有限元��
有限元法的運(yùn)動方程表�(dá)方式簡潔,規(guī)�,在求解�(zhuǎn)子動力學(xué)問題或轉(zhuǎn)子和周圍�(jié)�(gòu)一起組成的�(fù)雜機(jī)械系�(tǒng)的問題時(shí),有很多�(yōu)�(diǎn)。有限元法對�(fù)雜轉(zhuǎn)子系�(tǒng)剖分龐大,計(jì)算結(jié)果比傳遞矩陣法準(zhǔn)�,然而計(jì)算耗時(shí)長,占用�(nèi)存大?,F(xiàn)代計(jì)算機(jī)技�(shù)的發(fā)�,給有限元法提供了良好的硬件技�(shù)��
方案簡述
高速電�(jī)一般應(yīng)用于�(shù)控雕刻機(jī)、精密磨床及高速離心設(shè)備等�(shè)�,本方案以數(shù)控雕刻機(jī)為例來闡述S350變頻器在高速電�(jī)上的�(yīng)��
工藝要求
主軸系統(tǒng)是數(shù)控雕刻機(jī)的重要組成部�,其性能對數(shù)控雕刻機(jī)整機(jī)的性能有著至關(guān)重要的影響。主軸電�(jī)多采用兩極高速無刷水冷電�(jī),噪音小、切割力度大,運(yùn)行轉(zhuǎn)速一般在0�24000RPM,對�(yīng)的變頻器�(yùn)行頻率為0�400HZ。因此系�(tǒng)要求�(wěn)速精度高、低速時(shí)力矩�、加減速時(shí)間短、高速時(shí)溫升低等來滿足高生產(chǎn)效率與加工品�(zhì)�
1、基本操�
將S350控制方式選擇為V/F控制模式,用DCM端子來接收數(shù)控系�(tǒng)模擬量信號(0~10V�,MI1端子來控制起�,通過MI2~MI4端子來設(shè)置生�(chǎn)需要的七段�。MI5端子作為故障輸入�
根據(jù)�(xiàn)場生�(chǎn)要求,將參數(shù)F0.18和F0.19�(shè)置成2秒(加減速時(shí)間),因�(yùn)行轉(zhuǎn)速較�,變頻器需帶制動單元。系�(tǒng)�50HZ�100HZ�200HZ�250HZ�300HZ�350HZ�400HZ這七段速度頻率�,運(yùn)行穩(wěn)��400HZ(對�(yīng)24000RPM)時(shí)溫升�,可以有效延長電�(jī)的壽命�
七段速參考端子設(shè)定:
MI2: 50HZ MI3: 100HZ MI3+MI2: 200HZ MI4: 250HZ
MI2+MI4: 300HZ MI3+MI4: 350HZ MI2+ MI3+MI4: 400HZ
總而言�,國外對高速電�(jī)及相�(guān)技�(shù)的研究比較早,已�(jīng)取得了很多的研究成果,而且隨著新材料的不斷出現(xiàn),加工工藝的不斷改�(jìn),技�(shù)必將以更快的速度向前推�(jìn)。國�(nèi)對高速電�(jī)的研究還不是很多,基本上限于功率較小的發(fā)電機(jī)或電動機(jī)�