电主轴转子-滚动轴承耦合故障动力学分析及实验研究
发布时间：2021-12-02 13:45
电主轴作为数控机床加工的核心部件之一,是先进制造技术的载体,其各项工作性能的好坏将直接影响着数控机床甚至整个制造业的发展。为保证电主轴在实际工况下正常运行和被加工产品加工质量,电主轴运行过程中所表现出来的动力学特性受到广泛的关注。本文以电主轴转子-滚动轴承系统为研究对象,以电主轴动力学分析和主轴故障机理为研究理论基础,研究电主轴转子-滚动轴承系统不对中、不平衡和碰摩单一及耦合故障情况下的动力学特性为目标。首先,本文对电主轴的基本结构、电主轴系统原理及电主轴故障机理等内容进行介绍,分析易产生故障的部位、种类和形式。并介绍了 AIC9916FS设备故障模拟诊断分析系统,为建立仿真模型,实现主轴故障动力学分析打下基础。其次,使用有限元方法和Riccati传递矩阵法对电主轴系统进行动力学建模及振动响应分析,同时依据现有实验条件对电主轴在实际运行状态下的动力学振动信号进行采集,然后对数据进行处理,并和仿真结果进行比较,得到了电主轴系统在实际运行状态下的动力学特性,并验证了所建模型的正确性,同时为后续电主轴故障动力学行为分析打下基础。然后,根据以上所做的工作,研究电主轴转子-滚动轴承系统在不对中、...
【文章来源】：沈阳建筑大学辽宁省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１本文研究内容框架图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｃｏｎｔｅｎｔ?ｆｒａｍｅ??
第二章电主轴的基本原理及振动信号处理?硕士研宂生学位论文??２?３?４?５?６?７??＼?＼?＼?．．．．．．．．．．．＼＼Ｌ??＾ｐ＾－Ｕｒ＾ｙ／／／／／／／／Ａ￣）?ｋ???——＾???？署??丛！丨￣｛ＣＪｆ／ｊＡｙ／／／ｙ／／Ａ－Ｊ）＾ｈ丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨—ｇ－??／?／??Ｉ?１０?９?８??１．主轴２．前轴承３．定子４．冷却水套５．壳体６．出水管７．进气管８．后轴承９．进水管】０．转子??图２．１电主轴基本结构图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｂａｓｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｍｏｔｏｒｉｚｅｄ?ｓｐｉｎｄｌｅ??在电主轴的基本结构中，其中轴承是比较重要的一个部件，在实际情况下轴承会受??到径向载荷、轴向载荷、工作转速、密封条件以及润滑方式和润滑效果的影响，而且在??不一样的条件下，所表现出来的性能是不一样的；现阶段使用最多的轴承主要有以下几??种：深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承、调心滚子轴承以及滚针轴承等。由于??本课题研宄的电主轴是在高转速、高精度以及同时承受轴向载荷和径向载荷的工况条件??下工作的。综上所述，综合考虑轴承的工作条件和轴承的工作特点，本课题电主轴系统??使用的轴承是角接触球轴承，角接触球轴承和其他轴承相比较具有转速高、精度高、噪??声和振动较小和可同时承受径向载荷和轴向载荷的优点，完全满足电主轴系统的实际工??作要求，下图２．２展示了角接触球轴承的结构图和实体图。??一夕卜圈??？?＇一一接触角??ｖｙｐ??（ａ）实体图?（ｂ）结构示意图??（ａ）?Ｅｎｔｉｔｙ?ｍａｐ?（ｂ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ??图２．２电主轴角接触球轴承??Ｆｉ
减小摩擦的作用；第二能够??起到散热的作用，在运转时能够通过油气的流动带走一部分热量；第三就是能够输送电??主轴在运行时所产生的废气和废料，这样就不至于让废料在轴承出堆积，从而影响电主??轴的运行。油气润滑虽然有多优点，但是在实际使用的时候我们依然要注意很多事项，??比如油气进入电主轴的量太少，起不到润滑的作用；油量太多的话，不但起不到润滑的??作用，反而会因为油膜阻力产生大量的热，这样的话会严重的影响电主轴的生产效率和??使用时间，因此在使用过程中严格的控制油气的多少非常关键，如下图２．３所示是本课??题使用的油气润滑控制系统。??＿??图２．３电主轴油气润滑控制系统??Ｆｉｇ．?２．３?Ｍｏｔｏｒｉｚｅｄ?ｓｐｉｎｄｌｅ?ｏｉｌ?ａｎｄ?ｇａｓ?ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｙｓｔｅｍ??现阶段对电主轴：丨：作性能影响较大的主要冇３个方面，分别是ｉｌｉ?ｉ轴系统的温升、??电主轴振动以及预紧力，而这３大方面也是现在的主要研宂方向，同时也是电：彳：轴工作??的基本原理。具体展开来说就是外界的不平衡和外加载荷会引起电：七轴系统的振动，振??动Ｍ过大会导致电主轴系统的温度升高，而当振动Ｍ过大就会：彳：动的对电：丨：轴进行振动??抑制；同样的３温度达到电主轴系统的预瞥值的时候，也会进行预瞀和使）丨〗冷却系统进??行降温处理，但是在抑制振动和降温的过程中首先会对电：彳轴的Ｉ．作性能产牛．影响，进??ｉｆｕ会影响电：４＿：轴系统的精度和被加工产品的质量和：丨：艺，同时随希轴承溢度过商，电屮．??轴会发生热胀冷缩的现象，也就是发生热变形，紧接着就会对轴承的预紧力产屮影响，??而预紧力的变化反过来会影响电主轴的振动和温升。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进的瞬态传递矩阵法的风力发电机转子建模与分析[J]. 李建华,毛文贵,王高升. 湖南工程学院学报(自然科学版). 2018(03)
[2]响应面法在主轴模态可靠性分析中的应用[J]. 闫如忠,梁凯. 机械设计与制造. 2018(S2)
[3]基于多体系统传递矩阵法的四旋翼飞行器振动建模[J]. 范肖肖,贺嘉璠,戚国庆,李银伢,盛安冬. 电子设计工程. 2018(16)
[4]具有不对中故障的转子-滑动轴承系统动力学特性研究[J]. 何振鹏,徐唐进,刘佳航,王伟韬,钱俊泽,谢海超,杜超平,朱志琪,王雅文. 润滑与密封. 2018(08)
[5]基于ANSYS的电主轴模态分析[J]. 黄维,陈武科,苏晓伟,郑虎,邢川. 内燃机与配件. 2018(13)
[6]超高速空气电主轴动态特性的有限元分析[J]. 吴东,朱军帅,黄泽中,王翔毅,龚怡强. 现代机械. 2018(02)
[7]基于Riccati传递矩阵法的线性树形多体系统特征值求解[J]. 顾俊杰,芮筱亭,张建书,陈刚利. 南京理工大学学报. 2018(01)
[8]基于蒙特卡罗方法的机床主轴可靠性预测[J]. 刘智键,刘宝林,胡远彪. 组合机床与自动化加工技术. 2018(02)
[9]转子-滑动轴承系统支承松动-碰摩故障动力学行为及评估方法[J]. 蒋勉,伍济钢,彭鑫胜,宾光富. 动力学与控制学报. 2017(06)
[10]计及刀具影响的高速电主轴系统动力学特性研究[J]. 单文桃,陈小安. 仪器仪表学报. 2017(12)
博士论文
[1]高速电主轴动力学建模及振动特性研究[D]. 黄伟迪.浙江大学 2018
[2]水润滑轴承电主轴转子动力学特性分析[D]. 冯慧慧.东南大学 2016
硕士论文
[1]基于蒙特卡洛法的卸胎机械手的可靠性分析[D]. 刘瑞.青岛科技大学 2017
[2]基于电主轴可靠性试验台的转子系统不对中研究[D]. 王松.吉林大学 2016
[3]转子—滚动轴承耦合系统碰摩故障动力学分析与智能诊断[D]. 李飞敏.南京航空航天大学 2008
[4]基于转子—轴承耦合系统的耦合故障机理分析及智能诊断[D]. 侯佑平.南京航空航天大学 2007
本文编号：3528560
【文章来源】：沈阳建筑大学辽宁省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１本文研究内容框架图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｃｏｎｔｅｎｔ?ｆｒａｍｅ??
第二章电主轴的基本原理及振动信号处理?硕士研宂生学位论文??２?３?４?５?６?７??＼?＼?＼?．．．．．．．．．．．＼＼Ｌ??＾ｐ＾－Ｕｒ＾ｙ／／／／／／／／Ａ￣）?ｋ???——＾???？署??丛！丨￣｛ＣＪｆ／ｊＡｙ／／／ｙ／／Ａ－Ｊ）＾ｈ丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨—ｇ－??／?／??Ｉ?１０?９?８??１．主轴２．前轴承３．定子４．冷却水套５．壳体６．出水管７．进气管８．后轴承９．进水管】０．转子??图２．１电主轴基本结构图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｂａｓｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｍｏｔｏｒｉｚｅｄ?ｓｐｉｎｄｌｅ??在电主轴的基本结构中，其中轴承是比较重要的一个部件，在实际情况下轴承会受??到径向载荷、轴向载荷、工作转速、密封条件以及润滑方式和润滑效果的影响，而且在??不一样的条件下，所表现出来的性能是不一样的；现阶段使用最多的轴承主要有以下几??种：深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承、调心滚子轴承以及滚针轴承等。由于??本课题研宄的电主轴是在高转速、高精度以及同时承受轴向载荷和径向载荷的工况条件??下工作的。综上所述，综合考虑轴承的工作条件和轴承的工作特点，本课题电主轴系统??使用的轴承是角接触球轴承，角接触球轴承和其他轴承相比较具有转速高、精度高、噪??声和振动较小和可同时承受径向载荷和轴向载荷的优点，完全满足电主轴系统的实际工??作要求，下图２．２展示了角接触球轴承的结构图和实体图。??一夕卜圈??？?＇一一接触角??ｖｙｐ??（ａ）实体图?（ｂ）结构示意图??（ａ）?Ｅｎｔｉｔｙ?ｍａｐ?（ｂ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ??图２．２电主轴角接触球轴承??Ｆｉ
减小摩擦的作用；第二能够??起到散热的作用，在运转时能够通过油气的流动带走一部分热量；第三就是能够输送电??主轴在运行时所产生的废气和废料，这样就不至于让废料在轴承出堆积，从而影响电主??轴的运行。油气润滑虽然有多优点，但是在实际使用的时候我们依然要注意很多事项，??比如油气进入电主轴的量太少，起不到润滑的作用；油量太多的话，不但起不到润滑的??作用，反而会因为油膜阻力产生大量的热，这样的话会严重的影响电主轴的生产效率和??使用时间，因此在使用过程中严格的控制油气的多少非常关键，如下图２．３所示是本课??题使用的油气润滑控制系统。??＿??图２．３电主轴油气润滑控制系统??Ｆｉｇ．?２．３?Ｍｏｔｏｒｉｚｅｄ?ｓｐｉｎｄｌｅ?ｏｉｌ?ａｎｄ?ｇａｓ?ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｙｓｔｅｍ??现阶段对电主轴：丨：作性能影响较大的主要冇３个方面，分别是ｉｌｉ?ｉ轴系统的温升、??电主轴振动以及预紧力，而这３大方面也是现在的主要研宂方向，同时也是电：彳：轴工作??的基本原理。具体展开来说就是外界的不平衡和外加载荷会引起电：七轴系统的振动，振??动Ｍ过大会导致电主轴系统的温度升高，而当振动Ｍ过大就会：彳：动的对电：丨：轴进行振动??抑制；同样的３温度达到电主轴系统的预瞥值的时候，也会进行预瞀和使）丨〗冷却系统进??行降温处理，但是在抑制振动和降温的过程中首先会对电：彳轴的Ｉ．作性能产牛．影响，进??ｉｆｕ会影响电：４＿：轴系统的精度和被加工产品的质量和：丨：艺，同时随希轴承溢度过商，电屮．??轴会发生热胀冷缩的现象，也就是发生热变形，紧接着就会对轴承的预紧力产屮影响，??而预紧力的变化反过来会影响电主轴的振动和温升。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进的瞬态传递矩阵法的风力发电机转子建模与分析[J]. 李建华,毛文贵,王高升. 湖南工程学院学报(自然科学版). 2018(03)
[2]响应面法在主轴模态可靠性分析中的应用[J]. 闫如忠,梁凯. 机械设计与制造. 2018(S2)
[3]基于多体系统传递矩阵法的四旋翼飞行器振动建模[J]. 范肖肖,贺嘉璠,戚国庆,李银伢,盛安冬. 电子设计工程. 2018(16)
[4]具有不对中故障的转子-滑动轴承系统动力学特性研究[J]. 何振鹏,徐唐进,刘佳航,王伟韬,钱俊泽,谢海超,杜超平,朱志琪,王雅文. 润滑与密封. 2018(08)
[5]基于ANSYS的电主轴模态分析[J]. 黄维,陈武科,苏晓伟,郑虎,邢川. 内燃机与配件. 2018(13)
[6]超高速空气电主轴动态特性的有限元分析[J]. 吴东,朱军帅,黄泽中,王翔毅,龚怡强. 现代机械. 2018(02)
[7]基于Riccati传递矩阵法的线性树形多体系统特征值求解[J]. 顾俊杰,芮筱亭,张建书,陈刚利. 南京理工大学学报. 2018(01)
[8]基于蒙特卡罗方法的机床主轴可靠性预测[J]. 刘智键,刘宝林,胡远彪. 组合机床与自动化加工技术. 2018(02)
[9]转子-滑动轴承系统支承松动-碰摩故障动力学行为及评估方法[J]. 蒋勉,伍济钢,彭鑫胜,宾光富. 动力学与控制学报. 2017(06)
[10]计及刀具影响的高速电主轴系统动力学特性研究[J]. 单文桃,陈小安. 仪器仪表学报. 2017(12)
博士论文
[1]高速电主轴动力学建模及振动特性研究[D]. 黄伟迪.浙江大学 2018
[2]水润滑轴承电主轴转子动力学特性分析[D]. 冯慧慧.东南大学 2016
硕士论文
[1]基于蒙特卡洛法的卸胎机械手的可靠性分析[D]. 刘瑞.青岛科技大学 2017
[2]基于电主轴可靠性试验台的转子系统不对中研究[D]. 王松.吉林大学 2016
[3]转子—滚动轴承耦合系统碰摩故障动力学分析与智能诊断[D]. 李飞敏.南京航空航天大学 2008
[4]基于转子—轴承耦合系统的耦合故障机理分析及智能诊断[D]. 侯佑平.南京航空航天大学 2007
本文编号：3528560
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