作为高速加工机床的核心驱动部件,电主轴能够在实现机床高速运转的同时,维持机床高精度、高效率、高可靠性的工作状态,所以对于高速加工中心来说,电主轴的性能决定了其加工品质。然而电主轴在运行时会不可避免的产生振动,直接影响到零件的加工精度,同时伴随电主轴振动产生的噪声对加工环境也有一定的污染。将陶瓷材料应用在电主轴的主要旋转部件上,代替传统的金属旋转部件,可以提高电主轴极限转速及刚度,所以陶瓷电主轴是现代高速加工技术的一种发展趋势。然而陶瓷作为一种非金属材料,它的导热、导磁、导电及机械性能与金属材料有着很大的不同,所以陶瓷电主轴的电磁特性及其产生的电磁振动噪声和金属电主轴相比都有了一定的改变。本文以170SD30型号的陶瓷电主轴为主要研究对象,研究变频器供电条件下陶瓷电主轴的电磁振动及噪声特性,具体内容如下:1、电主轴气隙磁场的理论分析。根据电磁理论计算电主轴的磁场特性,应用麦克斯韦应力张量法计算存在静偏心和无偏心两种情况下电主轴的电磁力,对比分析得到了偏心对电磁力的影响结果,同时应用理论模型分析得到了 170SD30型号陶瓷电主轴的电磁特性。2、电主轴电磁场的有限元分析。通过Ansys Maxwell电磁场分析有限元软件建立电主轴二维有限元模型,仿真分析在瞬态电磁场下,电主轴在给定转速稳态运行时的磁场分布和作用在定子上的径向电磁力随时间的变化情况。对比分析不同材料下电主轴磁场力分布的区别,发现陶瓷电主轴电磁力略小于金属电主轴电磁力,同时分析了电主轴存在0.1mm静偏心时的电磁力特性,得到的结果与理论分析相符。3、电主轴电磁场产生的振动及噪声的耦合分析。在Ansys Workbench中,对电主轴定子进行模态分析,数值计算定子系统的模态振型。将二维瞬态场得到的瞬态电磁力作为结构谐响应分析的谐载荷作用在电主轴的定子齿表面上,得到了电主轴正常状态下和偏心状态下的电磁振动响应结果。最后建立噪声分析模型,对电主轴瞬态结构进行声场耦合分析,得到了电主轴电磁噪声声压的变化规律。4、电主轴振动实验分析。通过振动实验的方式分析电主轴的电磁振动,识别引起主轴振动的激振力来源。计算分析得到了电主轴不同转速下的振动级,与电主轴电磁振动噪声耦合分析得到的噪声声压级进行对比分析,实验结果验证了电主轴电磁振动及噪声耦合分析的方法的准确性。