本文關鍵詞：高速主軸不平衡振動行為分析及其抑制方法研究

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【摘要】：高速加工技術是當代一種先進加工制造技術,廣泛應用于航空航天、汽車制造工業(yè)、儀器儀表制造工業(yè)、光學和精密制造工業(yè)等加工領域。高速加工技術具有高效、高精度、高表面質量加工等重要特征。高速機床是高速加工技術得以實現(xiàn)的主要設備和關鍵因素,高速主軸系統(tǒng)作為高速機床的核心功能部件,其結構和動態(tài)性能直接影響著高速加工的效率以及關鍵零件的制造精度,主軸空間振動行為分析及抑制方法研究對我國高速加工技術應用具有重要意義。論文以高速電主軸為對象展開研究,采用有限元方法建立了“轉子—軸承—圓盤”耦合的主軸結構動力學模型,并對主軸的不平衡振動行為作了深入分析與探討。針對目前轉子動平衡技術需多次起車加重或去重的不足,提出了基于高速主軸有限元動力學模型的無試重動平衡方法。論文首先基于Jones模型,考慮滾動體的離心效應和陀螺效應,對角接觸球軸承進行了有限元動力學建模,采用線性搜索與改進Newton-Raphson迭代算法相結合的方法對由滾動體幾何約束方程和力平衡方程組成的高度非線性方程組進行求解,得到了軸承的剛度矩陣。給出了滾動體及軸承相關參數隨軸承所受軸向力、徑向力及主軸轉速的變化曲線。論文將軸承看作外圈與主軸箱固連,內圈隨主軸轉動的2節(jié)點軸承單元,每個節(jié)點包含除扭轉自由度外的5個自由度;利用考慮剪切作用的2節(jié)點的Timoshenko梁單元對主軸轉子、拉到桿、主軸箱等梁類結構進行有限元動力學建模;利用考慮質量偏心的圓盤單元對編碼器、配重盤等盤類結構進行動力學建模;最后在軸承剛度求解的基礎上,對轉子、圓盤、軸承各模塊進行集成,得到主軸系統(tǒng)的有限元動力學模型。論文對已有高速主軸進行了有限元動力學建模,并分別從模態(tài)、諧響應、時域振動響應方面進行了仿真分析,將模態(tài)分析及諧響應分析的結果與ANSYS進行了比較,最后進行了高速主軸的模態(tài)實驗。ANSYS分析結果與實驗結論聯(lián)合驗證了主軸系統(tǒng)有限元動力學模型的正確性和準確性。最后提出了基于高速主軸有限元動力學模型的不平衡振動分析的無試重動平衡抑制方法,并針對本特利轉子平臺進行了該方法的動平衡實驗。實驗表明該方法能有效地抑制轉子不平衡振動,在轉子動平衡中有廣闊的應用前景。
【關鍵詞】：高速加工技術 電主軸 滾動軸承 不平衡振動 無試重動平衡
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG502.3
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符號對照表11-13
• 縮略語對照表13-16
• 第一章 緒論16-26
• 1.1 研究背景及意義16-18
• 1.1.1 研究背景16-17
• 1.1.2 研究意義17-18
• 1.2 高速電主軸概述18-20
• 1.2.1 高速電主軸結構及功能18-19
• 1.2.2 高速電主軸用滾動軸承19-20
• 1.3 高速電主軸系統(tǒng)理論研究現(xiàn)狀20-22
• 1.3.1 高速電主軸系統(tǒng)結構動力學建模理論研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3.2 高速電主軸動平衡方法研究現(xiàn)狀21-22
• 1.4 高速電主軸系統(tǒng)理論研究發(fā)展趨勢22-23
• 1.5 論文研究內容23-26
• 第二章 角接觸球軸承有限元動力學建模26-42
• 2.1 角接觸球軸承的幾何結構26-27
• 2.2 角接觸球軸承的幾何關系27-29
• 2.3 角接觸球軸承的受力分析29-31
• 2.3.1 滾動體的受力分析29-31
• 2.4 角接觸球軸承的剛度求解31-40
• 2.4.1 關于滾動體的非線性方程組求解31-35
• 2.4.2 軸承剛度求解35-40
• 2.5 小結40-42
• 第三章 高速主軸系統(tǒng)有限元動力學建模42-58
• 3.1 梁單元的有限元運動方程42-49
• 3.2 圓盤單元的有限元運動方程49-51
• 3.3 高速主軸系統(tǒng)的有限元動力學模型51
• 3.4 簡單轉子—軸承系統(tǒng)的仿真分析51-57
• 3.4.1 動態(tài)分析的理論基礎51-54
• 3.4.2 簡單轉子—軸承系統(tǒng)的仿真分析54-57
• 3.5 小結57-58
• 第四章 高速主軸不平衡振動行為分析及抑制方法研究58-74
• 4.1 不平衡力作用下的主軸空間振動分析58-66
• 4.2 基于系統(tǒng)有限元動力學模型的無試重動平衡方法研究66-70
• 4.2.1 基于系統(tǒng)有限元動力學模型的不平衡響應識別66-68
• 4.2.2 基于系統(tǒng)有限元動力學模型模態(tài)分析的試重求解68-70
• 4.3 基于系統(tǒng)有限元動力學模型的不平衡識別方法仿真分析70-72
• 4.4 小結72-74
• 第五章 系統(tǒng)有限元動力學模型及動平衡方法的實驗驗證74-84
• 5.1 高速電主軸系統(tǒng)的動態(tài)仿真及ANSYS驗證74-78
• 5.2 高速電主軸模態(tài)實驗78-80
• 5.2.1 實驗平臺及設備78-79
• 5.2.2 模態(tài)實驗與仿真結果對比79-80
• 5.3 本特利轉子動平衡實驗80-82
• 5.4 小結82-84
• 第六章 結論與展望84-86
• 6.1 本文工作結論84-85
• 6.2 研究工作展望85-86
• 參考文獻86-90
• 致謝90-92
• 作者簡介92-93

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