高精度机床电主轴转子系统动力学分析和应用

发布时间：2017-10-06 09:19

  本文关键词：高精度机床电主轴转子系统动力学分析和应用

  更多相关文章： 电主轴 参数化有限元 动力学分析 结构优化

【摘要】：数控机床是工业化和现代化建设的重要生产工具,其所带来的加工效率和效益的提高备受瞩目,未来必将具有更广阔的发展前景。电主轴作为整个机床系统中直接提供动力并连接刀具进行加工的部件,其在整个系统中的重要性不言而喻。然而随着数控机床电主轴加工速度的提高与机床结构的复杂化,更大的离心力和高速回转效应对其动力学性能影响越来越大,因此提出了对高速机床电主轴转子系统进行详细深入的动力学分析要求。本文以珠宝加工行业特种机床电主轴为分析对象,对转子支承结构,即角接触陶瓷球轴承进行静力分析,研究轴承预紧力与轴承内外接触角的变化关系,综合考虑滚动体高转速下所受离心力和陀螺力矩作用,分析内外接触角随转速的变化关系,基于轴承刚度和阻尼的非线性特征推导获得相关数值计算方法并编写了计算程序,求解出实际工作载荷下轴承刚度和阻尼。在充分研究分析得出支承结构动静态特性的前提下,对电主轴转子进行参数化有限元建模,并验证该模型的正确性。采用此模型进行动力学分析,分析主要采用ANSYS动力学分析模块。研究探讨电机与转子配合时过盈量对最大配合应力及传递扭矩的影响、可传递最大扭矩与转速关系;转子系统模态分析获得各阶固有频率及相应振型等基本信息;临界转速分析分别考虑高速回转效应和轴承预载荷对转子各阶临界转速的影响,指出转子结构固有频率与其临界转速不匹配的原因;谐响应分析获得共振时转子轴线各位置节点偏移位置,从而可以对主轴实际工作状态进行精确仿真计算,给出主轴回转状态信息;瞬态动力学分析重点研究转子启动过程及受冲击载荷作用下主轴轴端位移响应,充分考虑转子不平衡质量的影响。利用APDL优化技术对主轴结构参数进行优化,得到轴承跨距最优值,并分析各结构参数对临界转速的影响。通过电主轴转子系统动力学分析及其结构参数优化仿真,为改善和优化电主轴动态特性、提高加工精度及工作效率等实际应用提供理论参考依据。
【关键词】：电主轴 参数化有限元 动力学分析 结构优化
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外发展概况介绍10-14
• 1.2.1 国内发展概况介绍11-12
• 1.2.2 国外发展概况介绍12-14
• 1.3 主要研究目标与内容14-15
• 第2章 角接触球轴承动静态特性和主轴静力分析15-35
• 2.1 引言15
• 2.2 角接触陶瓷球轴承分析15-28
• 2.2.1 赫兹点接触理论15-17
• 2.2.2 角接触球轴承接触角分析17-25
• 2.2.3 轴承刚度25-27
• 2.2.4 轴承阻尼27-28
• 2.3 转子系统有限元建模28-30
• 2.4 电主轴静刚度计算30-33
• 2.4.1 实际工况下电主轴受载计算30-31
• 2.4.2 电主轴静刚度的计算31-33
• 2.5 本章小结33-35
• 第3章 电主轴转子系统动力学分析35-55
• 3.1 引言35
• 3.2 过盈配合分析35-40
• 3.3 转子系统模态分析及有限元模型验证40-47
• 3.3.1 固有频率和振型40-44
• 3.3.2 临界转速44-47
• 3.4 转子系统谐响应分析47-51
• 3.5 转子系统瞬态动力学分析51-54
• 3.5.1 启动过程瞬态动力学分析51-53
• 3.5.2 冲击载荷作用下的转子系统响应分析53-54
• 3.6 本章小结54-55
• 第4章 电主轴转子结构优化分析55-62
• 4.1 引言55
• 4.2 转子结构参数优化分析55-61
• 4.2.1 轴承跨距55-59
• 4.2.2 转子前悬伸量59
• 4.2.3 转子后悬伸量59-61
• 4.3 本章小结61-62
• 结论62-64
• 参考文献64-68
• 致谢68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 马帅;伞红军;吴智恒;张华伟;雷群;;高速电主轴技术综述[J];机械制造;2014年05期

2 储开宇;;数控高速电主轴技术及其发展趋势[J];机床与液压;2006年10期

3 陈燕林,段志善,熊万里;高速电主轴技术的研究现状与发展[J];机械研究与应用;2004年04期

4 黄红武,熊万里,陆名彰,盛晓敏,吴耀,宓海青;高速大功率精密电主轴中的关键技术[J];湖南大学学报(自然科学版);2002年05期

5 李松生 ,杨柳欣 ,王兵华;高速电主轴轴系转子动力学特性分析[J];轴承;2002年02期

6 郑兆昌;非线性系统动力分析的模态综合技术[J];应用数学和力学;1983年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 蒋兴奇;主轴轴承热特性及对速度和动力学性能影响的研究[D];浙江大学;2001年

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本文编号：981978