1、高速電主軸是高速高效切削的關(guān)鍵部件，其動力學(xué)特性不僅直接影響著切削穩(wěn)定性和加工精度，也影響著整部機(jī)床的動力學(xué)性能，因此對其進(jìn)行全面的動力學(xué)分析有重要意義。隨著主軸轉(zhuǎn)速的不斷提高，離心力逐漸成為除切削力之外的另一主要激勵，影響范圍和深度也進(jìn)一步增強(qiáng)，但目前多數(shù)研究主要集中于軸承所受的離心力對高速電主軸的影響。本文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，提出了高速電主軸內(nèi)離心力的三種主要表現(xiàn)形式：轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量引起的離心力、轉(zhuǎn)子等旋轉(zhuǎn)部件自身的離心膨脹

2、及軸承滾動體受離心力產(chǎn)生的徑向離心運(yùn)動。并針對第二種表現(xiàn)形式—離心膨脹現(xiàn)象—進(jìn)行了深入研究。
　　本文在國家數(shù)控重大專項（項目編號2010 ZX04001-032）和國家自然基金項目（項目編號51465035）的資助下，以高速電主軸為研究對象，針對作用于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的離心力及其影響做了如下研究，并得到了相關(guān)結(jié)論。
　?。?）針對高速電主軸轉(zhuǎn)速不斷升高的特點，提出拉桿系統(tǒng)也會受離心力影響的觀點?；趶椥粤W(xué)理論和有限元法研究了

3、拉桿系統(tǒng)中碟簧的離心變形問題，得出高轉(zhuǎn)速時，碟簧的徑向變形會削弱初始拉緊力，造成切削點偏移；同時研究了多種條件下，刀柄-主軸轉(zhuǎn)子接觸狀況隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。結(jié)果表明：HSK刀柄錐面在靜態(tài)、動態(tài)時與主軸轉(zhuǎn)子都不是完全接觸，最大接觸間隙出現(xiàn)于中部，接觸應(yīng)力則分布于兩端，呈“環(huán)狀”；動態(tài)夾緊力會顯著提高結(jié)合面的接觸應(yīng)力，但離心力和動態(tài)力的雙重作用使得薄壁結(jié)合處間隙及范圍變大，導(dǎo)致局部應(yīng)力降低；
　?。?）電主軸是由拉桿和主軸轉(zhuǎn)子共同組成，

4、針對這一特點，提出對電主軸系統(tǒng)需建立雙轉(zhuǎn)子模型的觀點，并需要將離心力作為動態(tài)因子耦合入該模型。結(jié)合導(dǎo)納子結(jié)構(gòu)耦合理論，建立了高速電主軸單轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)模型，基于此前的結(jié)果，研究了兩種轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在刀柄-主軸轉(zhuǎn)子結(jié)合部不同接觸條件下的動力學(xué)響應(yīng)。結(jié)果表明：拉桿是影響高速電主軸系統(tǒng)動力學(xué)特性的薄弱環(huán)節(jié)，主要影響低頻帶的動力學(xué)特性；在一定范圍內(nèi)提高拉力對系統(tǒng)固有頻率的提升并不明顯；高轉(zhuǎn)速時，過盈量對高速電主軸系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響比拉

5、力更直接。
　?。?）針對轉(zhuǎn)子在高速狀態(tài)下會膨脹的特點，基于彈性力學(xué)計算了轉(zhuǎn)子的離心膨脹量，提出因轉(zhuǎn)子膨脹而導(dǎo)致的氣隙減小可能會增強(qiáng)電主軸振動的假設(shè)。為驗證這一假設(shè)，針對已知參數(shù)的某型號電機(jī)，采取人為減小其轉(zhuǎn)子直徑的方法，利用有限元手段模擬了其氣隙磁場特性，詳細(xì)分析了氣隙磁場和徑向電磁力的變化以及電機(jī)的振動特性。結(jié)果表明：在本文所假設(shè)的轉(zhuǎn)子直徑變化范圍內(nèi)，氣隙磁場和徑向電磁力明顯增大，電機(jī)定子的振動顯著增強(qiáng)。說明高速電主軸內(nèi)的磁-

6、固耦合導(dǎo)致的電磁振動不可忽略。
　?。?）提出離心膨脹導(dǎo)致的氣隙減小現(xiàn)象會影響電主軸內(nèi)部對流換熱的假設(shè)，從對流換熱系數(shù)計算所需考慮的因素出發(fā)，闡明該類邊界條件對電主軸熱分布和熱變形計算的重要性。結(jié)合電主軸內(nèi)的生熱、傳熱及散熱方式，研究了主軸轉(zhuǎn)子離心膨脹和熱膨脹所導(dǎo)致的氣隙減小現(xiàn)象對定、轉(zhuǎn)子間對流換熱規(guī)律的影響，以及冷卻條件與對流換熱之間的關(guān)系。結(jié)果表明：該系數(shù)隨氣隙的減小而減??；提高冷卻水功率并不能有效降低轉(zhuǎn)子溫升，而提高氣隙間對