【摘要】：主軸系統(tǒng)作為高速加工中最重要的組成部分,其性能直接影響高速加工的加工精度與效率。制約主軸系統(tǒng)性能的因素有主軸剛度以及主軸系統(tǒng)熱態(tài)特性,主軸軸承和皮帶輪處的熱問題是主軸系統(tǒng)中必須考慮的問題。本文基于課題要求設計了一臺雙頭高速機械主軸,對機械主軸的動力學問題和熱問題進行了研究,并針對實際應用中主軸振動較大的問題提出一種新的方法用于診斷主軸軸承故障。本文主要研究內容包括:(1)根據(jù)課題要求設計了一臺雙頭高速機械主軸,對電機、軸承等組成部件進行選型計算并對機械系統(tǒng)結構進行了運動學分析:利用Ansys Workbench軟件對所設計的主軸進行靜態(tài)特性分析得到其靜剛度,利用Matlab軟件計算主軸系統(tǒng)靜剛度,對比仿真結果與Matlab計算結果,說明仿真結果的合理性,利用Matlab軟件對主軸前端懸伸量和主軸軸承跨距進行優(yōu)化設計,得到主軸前端懸伸量和主軸軸承跨距的最優(yōu)解。利用Ansys Workbench軟件對優(yōu)化后的高速機械主軸單元進行動態(tài)特性分析,并驗證其一階臨界轉速高于主軸系統(tǒng)設計轉速,主軸系統(tǒng)可以避開共振區(qū)域穩(wěn)定工作。動靜態(tài)仿真分析表明結構設計合理。(2)研究了高速機械主軸系統(tǒng)主軸軸承以及主軸皮帶輪處的熱特性,利用熱網(wǎng)絡法建立主軸軸承處的熱傳遞方程,計算軸承外圈中心節(jié)點的溫度,并將計算結果與利用Abaqus軟件仿真分析結果對比,說明仿真分析的合理性。利用Abaqus軟件分析不同轉速和不同潤滑脂粘度下主軸系統(tǒng)溫升,得出主軸轉速以及潤滑脂粘度對主軸軸承溫升的影響規(guī)律。仿真結果表明主軸系統(tǒng)軸承溫升均低于國家標準。對主軸系統(tǒng)最高轉速下的熱變形進行有限元分析,熱變形分析結果顯示主軸最大變形量滿足設計要求。(3)研究了不同故障診斷算法的優(yōu)劣,提出H-DT-CWT算法對主軸系統(tǒng)軸承故障進行診斷。以凱斯西儲大學軸承試驗數(shù)據(jù)為例使用不同算法進行分析,驗證H-DT-CWT算法的優(yōu)越性。(4)搭建主軸系統(tǒng)測試試驗平臺,對不同轉速下主軸系統(tǒng)溫升進行測試,對比測試結果與有限元分析結果說明仿真分析的合理性且該主軸系統(tǒng)軸承以及皮帶輪處溫升在合理范圍內,主軸系統(tǒng)滿足設計要求;采集主軸振動信號,對主軸轉速為1200r/min時的測試信號采用不同算法進行分析,進一步證明H-DT-CWT方法對主軸軸承故障信息識別的準確性。本文通過理論設計、仿真分析以及實驗研究,設計了高速機械主軸系統(tǒng),并分別對主軸動靜態(tài)特性、軸承和皮帶輪處熱特性進行研究,完成了主軸系統(tǒng)優(yōu)化設計;針對本文設計主軸在實際應用中振動過大問題提出H-DTCWT算法應用于軸承故障診斷,為高速主軸設計與應用提供了一定的指導。
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH133.3
【圖文】：

根據(jù)主軸系統(tǒng)初期跑磨合階段振動過大問題，分析 Hilbert 包絡分析、經(jīng)驗模態(tài)分解方法（EMD 方法）以及雙樹復小波變換（DT-CWT）等不同故障診斷算法的優(yōu)劣并提出 H-DT-CWT 算法對主軸系統(tǒng)軸承故障進行診斷。以凱斯西儲大學軸承試驗數(shù)據(jù)為例對不同算法進行分析，證明 H-DT-CWT 算法優(yōu)越性。然后在第三章設計試驗平臺上進行主軸振動信號采集，對 10Hz(1200r/min)下測試信號采用不同算法進行分析，確定故障部位，并對拆卸下來的軸承進行微觀檢測證明該方法識別信息的準確性。

圖 2-1 高速機械主軸基本結構，1 為主軸；2 為砂輪；3 為軸承；4 為定位套；5 為套筒；6。結構設計動方式選擇 傳動方式主軸單元一般有齒輪式傳動、皮帶式傳動、直聯(lián)式傳動三種傳式傳動傳動比范圍大，傳動效率高，但制造成本較高且適用于一般應用于普通車床低速加工場合，在高速主軸單元很少使式；直聯(lián)式傳動是將電機與主軸系統(tǒng)直接相連，這種傳動方聲小，但是需要較高的對中和制造精度，若聯(lián)軸器校正不良劇升高、主軸震動過大、主軸偏擺過大、加工精度不良、甚。皮帶式傳動可通過不同傳動比實現(xiàn)升降速、增加扭矩等功

機文設計高速機械主軸系統(tǒng)，在實際加工中為滿足工廠效間工作，且經(jīng)常處于加速、切削以及制動等情形中因此速時運動平穩(wěn)、轉速波動小、抗干擾能力強，在變速運啟停時主軸電機安全可靠性高、工作壽命長等要求，最步電機。高速機械主軸系統(tǒng)要求最高線速度不低于 100 外徑，考慮到主軸系統(tǒng)采用電機帶動，則主軸額定轉速軸系統(tǒng) dmn 值為 0.75×106，滿足高速加工速度要求，故000r/min，以 1:2 的傳動比進行傳動。本文選用西門子的機，電機結構示意圖如圖 2-2 所示，主要技術參數(shù)以及。

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本文編號：2805532