高速磨削电主轴关键技术的研究

发布时间：2017-04-01 20:19

  本文关键词：高速磨削电主轴关键技术的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高速电主轴是高速加工机床的核心功能部件,开发拥有自主知识产权的电主轴是机械加工行业的迫切需求。针对高速(51000r/min)磨削用电主轴的开发,开展了比较系统的设计研究工作。 1. 完成了6SD51型高速磨削电主轴的结构设计工作,制造出了首批样机(与无锡机床股份有限公司合作)。结构上采用当前比较流行的内置电机、水循环冷却、角接触混合陶瓷球轴承支承、油气润滑与弹簧预紧的典型形式。试运行发现:各项性能指标基本达到设计要求,但临界转速未达到设计值,轴承使用寿命未达到额定值。 2. 根据滚动轴承的分析理论建立了角接触轴承的动态模型,对其动态特性进行了研究,并开发出了通用的滚动轴承分析软件。研究结果表明:随转速升高,轴承的接触角、接触应力、内圈位移、旋滚比及刚度均呈现显著的非线性变化特征。其中内圈轴向位移先小幅降低而后急剧增大;轴承径向刚度及轴向刚度值也是先下降而后上升,且变化范围较大。陶瓷球轴承的动态性能明显优于传统的钢球轴承。滚动轴承动态特性分析软件可对不同规格、大转速范围内的球轴承进行动态分析,并具有较强的后处理功能,能输出各类动特性性参数的数据和曲线图。 3. 在考虑轴承刚度随转速非线性变化的情况下,建立了电主轴转子—轴承系统的动力学分析模型,基于传递矩阵法开发出了通用计算软件,对其临界转速特性进行了系统研究。研究结果表明:轴承径向刚度的非线性软化现象导致电主轴前两阶临界转速显著降低,高速主轴临界转速计算必须考虑主轴转速对轴承刚度的影响;电主轴的第一、第二阶临界转速均随轴承轴向预紧力的增大而有所升高,但一阶临界转速升幅不大;砂轮参数是影响临界转速的主要因素,随着砂轮悬伸长度与质量的增大,转子的一阶临界转速较大幅度下降,但二阶临界转速下降趋势不明显。电主轴动力学分析软件具有较强的前、后处理功能,可计算其任意阶的临界转速并输出主振型。 4. 为优选油气润滑参数,延长轴承使用寿命,设计了高速轴承润滑性能试验台,包括滚动轴承径向刚度测试台、固液二相流接触疲劳试验台及固液气三相流润滑试验台,并设计了试验方案。目前,试验台的核心部件-被试轴承组件已研制并装配,外围设备,包括油气发生器、液压油站、变频器和各类传感器等均已到位。
【关键词】：高频电主轴 轴承动特性参数 转子动力学 动力学分析软件 轴承寿命试验
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TG580.6
【目录】：

• 第一章 绪论8-16
• 1.1 课题研究的意义8
• 1.2 高速电主轴概述8-10
• 1 2.1高速加工与电主轴8-9
• 1.2.2 电主轴的附件9-10
• 1.2.3 电主轴生产厂家简介10
• 1.3 高速电主轴的关键技术10-13
• 1.3.1 支承技术10-11
• 1.3.2 润滑技术11-12
• 1.3.3 动态性能12-13
• 1.4 电主轴新技术展望13-14
• 1.5 研究内容及创新点14-16
• 第二章 高速磨削加工电主轴结构设计及性能分析16-21
• 2.1 电主轴的性能参数与整体结构16
• 2.2 电主轴结构设计与分析16-17
• 2.3 电主轴设计制造的几个关键技术问题17-19
• 2.4 样机性能试验与问题分析19-21
• 第三章 高速角接触陶瓷球轴承动态参数分析21-34
• 3.1 概述21-22
• 3.2 计算模型22-25
• 3.2.1 赫兹接触22-23
• 3.2.2 轴承动力学模型23-25
• 3.3 非线性方程组求解25-28
• 3.4 软件开发28-29
• 3.5 计算结果与讨论29-33
• 3.5.1 负荷与应力29-31
• 3.5.2 接触角31
• 3.5.3 位移31-32
• 3.5.4 轴承刚度32
• 3.5.5 旋滚比32-33
• 3.6 结论33-34
• 第四章 高速电主轴转子－轴承系统动力学特性研究34-43
• 4.1 概述34
• 4.2 研究方法34-35
• 4.3 动力学建模35-37
• 4.3.1 模型简化35-36
• 4.3.2 传递矩阵36-37
• 4.3.3 临界转速及振型37
• 4.4 计算结果与讨论37-42
• 4.4.1 轴承径向刚度37-40
• 4.4.2 轴向预紧力40
• 4.4.3 砂轮悬伸长度40-41
• 4.4.4 砂轮质量41-42
• 4.4.5 主振型42
• 4.5 结论42-43
• 第五章 滚动轴承寿命试验台设计43-51
• 5.1 概述43
• 5.2 轴承静刚度测试台43-45
• 5.2.1 结构设计43
• 5.2.2 径向刚度测试方法43-45
• 5.3 固-液二相流陶瓷球润滑试验45-47
• 5.3.1 概述45
• 5.3.2 固－液二相流试验台设计45-47
• 5.3.3 试验方法47
• 5.4 固－液－气三相流润滑试验47-51
• 5.4.1 试验台设计47
• 5.4.2 试验台外围设备47-50
• 5.4.3 试验方法50-51
• 结 论51-52
• 参考文献52-54
• 作者简介54-55
• 致 谢55

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 高发伟;;高速铣削加工技术概述[J];广西轻工业;2008年11期

2 王冰;胡志超;汤宏群;;PCB钻床超高速电主轴特点及关键技术分析[J];机床与液压;2011年17期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 朱大虎;难加工材料高速外圆磨削机理及其表面完整性研究[D];东华大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 毕江涛;高速电主轴热态性能分析与实验研究[D];重庆大学;2011年

2 杜超;机床电主轴的动力学分析及软件研制[D];青岛理工大学;2010年

3 吕慎刚;高速电主轴振动控制技术研究[D];东南大学;2006年

4 南江;TH5650立式加工中心电主轴的热分析[D];西南林学院;2006年

5 于印民;高速电主轴轴向热伸长及径向振动实时测量与补偿的研究[D];沈阳理工大学;2009年

6 侯程伟;高速轻载混合陶瓷电主轴的结构设计及动态性能研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

7 陈坤;直驱式滚齿机工件主轴系统抗振性结构分析与优化[D];重庆理工大学;2010年

8 李高峰;电主轴在M7130磨床主轴系统中的应用及其动静态特性研究[D];太原理工大学;2012年

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本文编号：281240