[00147252]高速大功率电主轴关键共性技术研究

1、本项目通过产学研合作突破了高端数控机床核心关键功能部件-高速大功率电主轴的关键共性技术瓶颈,解决了国产高端数控机床专用的高速大功率电主轴转速低、振动大、噪音大、发热量大、精度保持性差、产品可靠性差的技术问题,加快了企业技术创新步伐,同时解决了国产高端数控装备“空心化”的问题,在一定程度上替代了进口。 2、本项目主要研究内容包括： （1）热特性研究：项目团队对高速电主轴的温度场及最高温度进行DOE分析,得出了高速电主轴温度分布特点：高速电主轴前半段温度较高,后半段尤其气缸部分温度较低;高速电主轴最高温度在电机铁心转子位置,最高温度为87℃;辐射散热效果较差,主要依靠冷却水道散热;主轴温度较高,主轴长度受温度影响较大。 （2）电主轴可靠性研究：通过对电主轴FMECA分析可知,轴承故障整个电主轴故障的主要形式,是造成电主轴失效的最主要的原因,需要进一步对轴承部分进行研究。本次电主轴可靠性研究采用加速寿命实验,来对高速电主轴产品寿命的可靠性进行评估。明确了主要因素影响轴承寿命的4个变化因素的重要性为：预紧力＞轴承型号＞轴承个数＞安装过盈量。 （3）精密球轴承高速电主轴减振降噪技术：项目基于高性能计算技术重点研究了高速电主轴转子动力学,包括主轴刚度、临界转速、装配工艺等对电主轴振动、噪声的影响,分析了各个因素如轴承支撑特性、预紧力、回转误差、陀螺效应、结构、阻尼等对电主轴振动噪声的影响因子,明确了每个因素的影响范围,根据仿真结果,对精密球轴承高速电主轴进行了结构及运行参数的优化。 （4）高速电主轴动平衡的优化技术研究：项目为了提高高精度电主轴的动平衡量,自主研发高速电主轴挠性转子动平衡技术,可使主轴在高转速下的振动和精度达到一个极高水平。通过对主轴零件结构的优化设计,具体为：通过对主轴结构进行分析,设计合理的配合尺寸及装配工艺,使主轴在高速运转时质量中心在离心力及发热的共同作用下与旋转中心不会产生大的偏离。保证在不作动平衡校正的情况下,主轴的不平衡质量降到最低。 （5）高速永磁同步电机设计与优化技术：项目应用有限元方法进行基于二维、三维电磁、温度场分析及瞬态耦合场的分析,对电机的电磁特性、力矩特性、力矩波动、结构强度、应力分布、振动模态、发热和冷却进行系统的分析和优化,深入研究了电磁场分析在超级计算机实现高性能计算的应用方法。采用正交和随机方法安排热磁机耦合分析方案,得出最优目标结构参数,从而设计得到满足系统要求的具有最大的功率密度、最小的力矩波动并获得有效的散热结构及方式,开发高速永磁同步电机。 3、项目成果：研发出3款新产品;申请4件发明专利,13件实用新型专利;引进人才10名,培养人才15名;发表论文5篇,软件著作权登记2项;主持行业标准起草3项