高速电主轴热态性能分析

刘水发

LIU Shui-fa

（广东工贸职业技术学院，广州 510510）

0 引言

以高速度、高精度、大进给为主要特征的高速加工是当代先进制造技术之一，是继数控技术之后使制造技术产生第二次革命性飞跃的一项高新技术[1]。实现高速加工的关键是要有高速机床，其中高速主轴单元是高速机床的核心部件。电主轴在工作过程中，电机和轴承发热会使电主轴的温度升高，由此引起的热变形如果处理不当会严重地降低机床的加工精度。因此对电主轴的热态性能分析是非常有必要的。

1 高速电主轴结构

图1 高速电主轴结构

图1所示的电主轴为一车削加工中心电主轴，其最高转速为8,000r/min，额定功率为11 kW，额定扭矩为64Nm。该主轴前端采用两套“背靠背”式的角接触轴承，在主轴后端采用一深沟球轴承作为辅助支承。电机转子和主轴之间采用过盈配合来传递大扭矩。电机定子采用油-水循环热交换系统进行冷却。

2 高速电主轴热源分析

电主轴主要有两大热源，一是电机的定子和转子发热，二是轴承的摩擦发热。影响轴承发热的因素主要有主轴的工作转速、油-气润滑介质的粘度、油-气润滑的流量、轴承预紧力的大小等。

2.1 电机的损耗发热

电机定子和转子的发热来源于电机的损耗。电机的损耗一般分为4类：机械损耗、电损耗、磁损耗和附加损耗。前三类损耗通常称为主要损耗。附加损耗在总的损耗中所占的比例很小，约为额定功率的1～5%[2]。

2.2 轴承的发热

根据Palmgren公式，轴承滚动体与滚道间接触区的摩擦发热量为：