高速主軸不平衡振動行為分析及其抑制方法研究.pdf

1、高速加工技術(shù)是當代一種先進加工制造技術(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。高速機床是高速加工技術(shù)得以實現(xiàn)的主要設(shè)備和關(guān)鍵因素，高速主軸系統(tǒng)作為高速機床的核心功能部件，其結(jié)構(gòu)和動態(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，主軸空間振動行為分析及抑制方法研究對我國高速加工技術(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(zhuǎn)子動平衡技術(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(yīng)和陀螺效應(yīng)，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(jié)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

3、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(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)動的2節(jié)點軸承單元，每個節(jié)點包含除扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子、拉到桿、主軸箱等梁類結(jié)構(gòu)進行有限元動力學建模；利用考慮質(zhì)量偏心的圓盤單元對編碼器、配重盤等盤類結(jié)構(gòu)進行動力學建模；最后在軸承剛度求解的基礎(chǔ)上，

4、對轉(zhuǎn)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(yīng)、時域振動響應(yīng)方面進行了仿真分析，將模態(tài)分析及諧響應(yīng)分析的結(jié)果與ANSYS進行了比較，最后進行了高速主軸的模態(tài)實驗。ANSYS分析結(jié)果與實驗結(jié)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(zhuǎn)