可倾瓦轴承-刚性轴转子系统的运动分析及主动控制

发布时间：2020-08-17 13:30

【摘要】：以往的研究中,在轴承的主动控制方面大多针对于轴承中心截面处的轴承转子的振幅控制,很少以降低主轴前端处的转子振幅为目标的研究。在机床加工中主轴前端的振幅往往会对机械加工精度产生很大的影响,如果单纯的限制前轴承处转子的振幅可能并不会提高加工精度,相反有可能会放大主轴前端的振幅,从而导致加工精度降低。所以针对整个轴承转子系统的运动分析以及振动控制研究很有必要。本文针对动静压柔性铰链可倾瓦轴承进行了研究,对该轴承刚性轴转子系统进行了运动分析,并提出了相应的主动控制策略。该轴承集合了两种轴承的优点,该轴承在工作过程中可以根据外载荷自动调整其多个轴瓦的摆角,使转子系统稳定,故其具有良好的稳定性。而且可以在启动前提前供油抬起主轴,避免主轴与轴瓦碰撞发生磨损。由于大多数轴承主动控制的研究主要集中于轴承截面处的振幅控制。本文则适当的考虑了整个转子系统的影响,主要对以下内容进行了研究:首先,利用有限差分法针对动静压柔性铰链可倾瓦轴承进行了数学建模,并通过欧拉法求得了转子系统的运动轨迹。其次,本文通过小扰动法对动静压柔性铰链可倾瓦轴承的折合动特性进行了求解,并对比了通过动特性系数求得的轴承线性轨迹以及非线性轨迹,两种轨迹在轴承转子稳定位置处小扰动的情况下,具有较高的一致性。并且分析了轴承结构参数对轴承动特性系数的影响。然后,对以往的轴承转子的简单运动模型进行了重建,本次重新建模考虑了滚动轴承转子的影响。依此求得了可倾瓦轴承转子的运动轨迹,并通过测得的滚动轴承轨迹生成了主轴前端加工位置轨迹。分析了主轴前端加工位置振幅被放大的原因,主要是滚动轴承转子与可倾瓦轴承转子的相位不同,导致主轴前端振幅变大。并设计了主动控制策略对可倾瓦轴承转子的相位进行了调整。结果显示降低了主轴前端的振幅达到60%以上。后续对控制策略进行了优化调整,最终结果对主轴前端振幅的抑制达到82%左右。最后,本文通过NI公司X系列采集卡USB6366同步数据采集卡以及NI signal express 2014系统对实际的滑动轴承转子系统进行了数据采集。测量了转子系统中两轴承处的转子位移。并设计了滤波器对采集到的数据进行了滤波处理,提取了数据的基频量。并对两个位置的位移信号进行了相位分析。结果显示,滚动轴承以及滑动轴承转子的相位不同,存在相位差,同时主轴前端振幅被放大很多。本文针对整个轴承转子系统的运动分析以及主动可能根治进行了研究,再用于机床振动控制以及精密加工方面具有一定的借鉴意义。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH133.3
【图文】：

逦溢流阀调整供油压力逡逑图２－１动静压柔性铰链可倾瓦轴承逡逑图２－１是该轴承的结构形式，该轴承有四个沿周向均匀分布的瓦块，静压腔逡逑开设在每一个瓦块的中心位置。轴承的整个轴承体和瓦块通过柔性铰链连接，加逡逑工时通过电火花加工方式一体加工，相比于传统可倾瓦轴承结构简单紧凑，加工逡逑８逡逑

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ａｉ逦ａ２逡逑图２－２轴承静压腔逡逑下表是轴承的主要参数：逡逑表２－１轴承基本计算参数逡逑名称逦符号逦数值逦单位邋＿逡逑铰链厚度逦ｑ逦ｉｌ逦ｍｍ逡逑铰链宽度逦ｂ逦７逦ｍｍ逡逑铰链长度逦５０逦ｍｍ逡逑轴瓦厚度逦ｒＰ逦５逦ｍｍ逡逑轴承半径逦ｒ逦４逦ｍｍ逡逑轴瓦包角逦ｏｔｐ逦７２逦ｄｅｇ逡逑轴承间隙逦ｃ逦０．０９５逦ｍｍ逡逑转子质量逦Ｍ逦４５逦ｋｇ逡逑润滑油粘度逦＂逦０．０１５逦Ｐａｓ逡逑润滑油密度逦ｐ逦８７６．５逦ｋｇ／ｍ：！逡逑轴承长度逦Ｌ逦０．０５逦ｍ逡逑静压腔包角逦Ｋ逦２０逦ｄｅｇ逡逑静压腔深度逦Ｋ逦３逦ｍｍ逡逑节流孔长度逦ｈ逦２０逦ｍｍ逡逑节流孔内径逦＜逦逦ｍｍ逡逑９逡逑

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本文编号：2795388