电磁平衡头自锁力矩有限元分析及试验研究*

梁警威，刘保国*，申会鹏，梅俊伟

(1.河南工业大学 机电工程学院，河南 郑州 450001；2.河南省超硬磨料磨削装备重点实验室，河南 郑州 450001)

0 引 言

随着旋转机械向高速化和智能化方向发展，主轴高速下动态性能越来越不可忽视。电主轴具有转速高、结构紧凑及动态性能好的优点，在磨床上已被广泛使用[1]。在磨床磨削加工时，砂轮的磨损和切削液的分布不均匀，会导致砂轮质量分布的不平衡。高速下微小的不平衡量都会引起极大的离心力和系统振动，进而导致磨削精度下降、加工质量不稳定等现象。

为解决此类问题，需对砂轮-电主轴系统进行动平衡[2-4]。传统的线下动平衡技术需停机，且平衡精度低，严重影响了机床的加工效率和工件的加工质量，已不能满足现代化生产需求[5]。而线上的平衡方法具有不停机、平衡精度高、平衡时间短等优点，已经成为最具发展潜力的平衡技术[6，7]。

国外以德国HOFMANN公司[8]、美国SCHMITT INDUSTRIES公司[9]和意大利MARPOSS公司[10]代表的电磁平衡系统产品已在高端机床上得到了应用，但因其价格过于高昂，目前还尚未得到大量的推广。且由于该类产品现阶段还处于技术垄断阶段，其内部细节公开较少。

国内从20世纪90年代末开始，多位学者相继开展过这方面的研究，并试制出了多种电磁式主动平衡系统[11-13]。其中，电磁主动平衡头作为产生平衡质量的关键部件，其内部质量块在高速旋转状态下的自锁力矩峰值决定了平衡系统的可靠性。自锁力距由永磁体和齿盘相互作用形成，目前关于电磁平衡头自锁力矩的研究，主要集中在永磁体和齿盘的气隙[14]、齿盘的厚度和材料[15]、永磁体的尺寸和型号[16]等参数上；……