Dynamic Effects of the Interference Fit of Motor Rotor on the Stiffness of a High Speed Rotating Shaft

Developing a motor-built-in high speed spindle is an important key technology for domestic precision manufacturing industry. The dynamic analysis of the rotating shaft is the major issue in the analysis for a motor-built-in high speed spindle. One of the major concerns is how the motor rotor is mounted on the shaft, by interference (shrink) fit or else. In this study, dynamical analyses are carried out on a motor-built-in high speed spindle. The motor rotor is mounted on the spindle shaft by means of interference fit. Modal testing and numerical finite element analyses are conducted to evaluate the dynamical characteristics of the spindle. The stiffness of the shaft accounting for the interference fit is investigated for the finite element model of the spindle. This study also proposes an analysis procedure to dynamically characterize the high speed spindle with a built-in motor. Based on the results of modal testing and the numerical analyses, it may conclude that the proposed procedure is feasible for the spindle and is effective for other similar applications. EFFETS DYNAMIQUES DE L’AJUSTEMENT DE L’INTERFÉRENCE D’UN ROTOR DE MOTEUR SUR LA RAIDEUR D’UN ARBRE DE ROTATION À GRANDE VITESSE RÉSUMÉ Le développement d’électrobroches à haute vitesse avec moteur intégré est une technologie clé pour l’industrie domestique de fabrication d’outils de précision. L’analyse dynamique de l’arbre de rotation est le point principal dans l’analyse d’électrobroches à haute vitesse avec moteur intégré. Une des préoccupations majeures est la façon que le rotor du moteur est monté sur l’arbre de rotation, soit par ajustement d’interférence ou autrement. Nous avons procédé à des analyses dynamiques sur des électrobroches à haute vitesse avec moteur intégré. Le rotor du moteur est monté sur la tige de l’électrobroches par ajustement d’interférence. Des tests sur un modèle et des analyses numériques des éléments finis sont fait pour évaluer le caractéristiques dynamiques de l’électrobroches. La raideur de l’arbre de rotation qui est importante dans l’ajustement de l’interférence est étudiée et optimisée pour le modèle d’éléments finis de l’électrobroches. La proposition présenté également une procédure d’analyse pour définir la dynamique de l’électrobroche à grande vitesse avec moteur intégré. En conclusion, en nous basant sur les résultats obtenus sur le modèle et sur l’analyse numérique, la procédure préposée pourrait servir pour l’électrobroche, et être utiles dans des applications similaires. Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering, Vol. 34, No. 2, 2010 243