高速主軸不平衡振動(dòng)行為分析及其抑制方法研究.pdf

1、高速加工技術(shù)是當(dāng)代一種先進(jìn)加工制造技術(shù)，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造工業(yè)、儀器儀表制造工業(yè)、光學(xué)和精密制造工業(yè)等加工領(lǐng)域。高速加工技術(shù)具有高效、高精度、高表面質(zhì)量加工等重要特征。高速機(jī)床是高速加工技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)的主要設(shè)備和關(guān)鍵因素，高速主軸系統(tǒng)作為高速機(jī)床的核心功能部件，其結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)性能直接影響著高速加工的效率以及關(guān)鍵零件的制造精度，主軸空間振動(dòng)行為分析及抑制方法研究對(duì)我國高速加工技術(shù)應(yīng)用具有重要意義。
　　論文以高速電主軸為對(duì)象展

2、開研究，采用有限元方法建立了“轉(zhuǎn)子—軸承—圓盤”耦合的主軸結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)主軸的不平衡振動(dòng)行為作了深入分析與探討。針對(duì)目前轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡技術(shù)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?jiǎng)恿W(xué)模型的無試重動(dòng)平衡方法。
　　論文首先基于Jones模型，考慮滾動(dòng)體的離心效應(yīng)和陀螺效應(yīng)，對(duì)角接觸球軸承進(jìn)行了有限元?jiǎng)恿W(xué)建模，采用線性搜索與改進(jìn)Newton-Raphson迭代算法相結(jié)合的方法對(duì)由滾動(dòng)體幾何約束方程和力平衡方程組成的高

3、度非線性方程組進(jìn)行求解，得到了軸承的剛度矩陣。給出了滾動(dòng)體及軸承相關(guān)參數(shù)隨軸承所受軸向力、徑向力及主軸轉(zhuǎn)速的變化曲線。
　　論文將軸承看作外圈與主軸箱固連，內(nèi)圈隨主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的2節(jié)點(diǎn)軸承單元，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含除扭轉(zhuǎn)自由度外的5個(gè)自由度；利用考慮剪切作用的2節(jié)點(diǎn)的Timoshenko梁單元對(duì)主軸轉(zhuǎn)子、拉到桿、主軸箱等梁類結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元?jiǎng)恿W(xué)建模；利用考慮質(zhì)量偏心的圓盤單元對(duì)編碼器、配重盤等盤類結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模；最后在軸承剛度求解的基礎(chǔ)上，

4、對(duì)轉(zhuǎn)子、圓盤、軸承各模塊進(jìn)行集成，得到主軸系統(tǒng)的有限元?jiǎng)恿W(xué)模型。
　　論文對(duì)已有高速主軸進(jìn)行了有限元?jiǎng)恿W(xué)建模，并分別從模態(tài)、諧響應(yīng)、時(shí)域振動(dòng)響應(yīng)方面進(jìn)行了仿真分析，將模態(tài)分析及諧響應(yīng)分析的結(jié)果與ANSYS進(jìn)行了比較，最后進(jìn)行了高速主軸的模態(tài)實(shí)驗(yàn)。ANSYS分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)論聯(lián)合驗(yàn)證了主軸系統(tǒng)有限元?jiǎng)恿W(xué)模型的正確性和準(zhǔn)確性。
　　最后提出了基于高速主軸有限元?jiǎng)恿W(xué)模型的不平衡振動(dòng)分析的無試重動(dòng)平衡抑制方法，并針對(duì)本特利轉(zhuǎn)