高精度小模数插齿机静压主轴的模态分析与优化设计

发布时间：2023-03-12 06:01

　　随着工业机器人的发展,精密减速机作为机器人核心部件,主要由小模数齿轮传动,而国内的插齿机加工精度远远不能满足机器人用小模数齿轮加工的要求,因此齿轮加工行业迫切需求一款专门针对小模数加工特点设计的高精度插齿机床。数控静压主轴作为高精度小模数插齿机的核心部件,其结构特点、承载能力、静动态特性是影响机床加工精度的主要因素。本文针对数控插齿机静压主轴进行结构设计校核、静力学分析、模态分析及结构优化设计,以提高小模数插齿机的加工精度。对静压主轴主体结构、静压支撑件进行合理的结构设计,并对静压轴承和静压花键进行承载能力校核;通过对主轴最大切削力的计算对主轴进行静力学分析求得其最大形变,结果表明形变量满足加工精度要求。通过ANSYS Workbench有限元软件,对主轴进行模态仿真分析,得到其主轴前六阶模态参数。分析结果表明主轴最高转速低于临界转速,动态指标满足设计要求;通过对主轴-轴承系统的模态仿真分析可知,静压轴承的支撑刚度对主轴固有频率的影响不大,且随着模态阶数的增加固有频率变化规律相同。通过对曲柄滑块机构的不平衡量的计算求解,对主轴系统进行结构优化设计;首先分析了主轴系统的机械结构,并对结构...

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 课题研究背景及意义
    1.3 液体静压主轴国内外研究现状
        1.3.1 数控静压主轴研究现状
        1.3.2 高速主轴动态特性研究现状
        1.3.3 主轴动平衡技术研究现状
    1.4 主要研究内容与总体结构
        1.4.1 主要研究内容
        1.4.2 本文技术路线
        1.4.3 总体结构
第2章 插齿机静压主轴的设计与静态特性分析
    2.1 主轴的设计要求和技术参数
        2.1.1 设计要求
        2.1.2 技术指标
    2.2 主轴的结构的设计
    2.3 静压支承件的设计与计算
        2.3.1 静压支承工作原理
        2.3.2 静压轴承的设计与承载能力校核
        2.3.3 静压导轨的设计与承载能力校核
    2.4 主轴的静力学分析
        2.4.1 主轴的最大切削力估算
        2.4.2 基于ANSYSWorkbench的主轴静力学分析
    2.5 本章小结
第3章 静压主轴的模态分析
    3.1 模态分析基本理论
    3.2 基于ANSYS的模态分析基本过程
    3.3 基于ANSYS的静压主轴模态分析
        3.3.1 有限元模型的建立
        3.3.2 材料属性与边界条件
        3.3.3 模态分析结果
    3.4 支撑刚度对主轴固有频率的影响规律
    3.5 本章小结
第4章 主轴系统的结构优化设计
    4.1 插齿机主运动的机械结构
        4.1.1 插齿机主运动的动力传递
        4.1.2 插齿机主运动的结构参数
    4.2 主轴不平衡量的数学模型建立
        4.2.1 曲柄滑块的机构参数
        4.2.2 曲柄和摇杆的质心确定
        4.2.3 摇杆的角速度确定
    4.3 主轴系统不平衡量的计算
        4.3.1 曲柄摇杆不平衡量的计算
        4.3.2 传动轴不平衡量的计算
        4.3.3 插齿机主运动不平衡的计算
    4.4 基于Matlab的不平衡量求解
        4.4.1 模型建立
        4.4.2 模型求解
        4.4.3 结果分析
    4.5 动平衡装置的设计
    4.6 本章小结
第5章 主轴试验模态分析与振动测试
    5.1 试验模态分析的基本原理
    5.2 基于锤击法的主轴试验模态分析
        5.2.1 试验系统的介绍
        5.2.2 试验方案的确定
        5.2.3 试验结果
    5.3 主轴系统的振动测试
        5.3.1 测试平台的搭建
        5.3.2 振动信号的采集
        5.3.3 基于Matlab振动信号的处理
        5.3.4 试验结果
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
附录1：攻读硕士学位期间取得的科研成果



本文编号：3761093