【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(shè)計了一臺雙頭高速機(jī)械主軸,對機(jī)械主軸的動力學(xué)問題和熱問題進(jìn)行了研究,并針對實際應(yīng)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(nèi)容包括:(1)根據(jù)課題要求設(shè)計了一臺雙頭高速機(jī)械主軸,對電機(jī)、軸承等組成部件進(jìn)行選型計算并對機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了運動學(xué)分析:利用Ansys Workbench軟件對所設(shè)計的主軸進(jìn)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(jié)果與Matlab計算結(jié)果,說明仿真結(jié)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(jìn)行優(yōu)化設(shè)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(jī)械主軸單元進(jìn)行動態(tài)特性分析,并驗證其一階臨界轉(zhuǎn)速高于主軸系統(tǒng)設(shè)計轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)設(shè)計合理。(2)研究了高速機(jī)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(luò)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(jié)果與利用Abaqus軟件仿真分析結(jié)果對比,說明仿真分析的合理性。利用Abaqus軟件分析不同轉(zhuǎn)速和不同潤滑脂粘度下主軸系統(tǒng)溫升,得出主軸轉(zhuǎn)速以及潤滑脂粘度對主軸軸承溫升的影響規(guī)律。仿真結(jié)果表明主軸系統(tǒng)軸承溫升均低于國家標(biāo)準(zhǔn)。對主軸系統(tǒng)最高轉(zhuǎn)速下的熱變形進(jìn)行有限元分析,熱變形分析結(jié)果顯示主軸最大變形量滿足設(shè)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(jìn)行診斷。以凱斯西儲大學(xué)軸承試驗數(shù)據(jù)為例使用不同算法進(jìn)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(zhuǎn)速下主軸系統(tǒng)溫升進(jìn)行測試,對比測試結(jié)果與有限元分析結(jié)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(nèi),主軸系統(tǒng)滿足設(shè)計要求;采集主軸振動信號,對主軸轉(zhuǎn)速為1200r/min時的測試信號采用不同算法進(jìn)行分析,進(jìn)一步證明H-DT-CWT方法對主軸軸承故障信息識別的準(zhǔn)確性。本文通過理論設(shè)計、仿真分析以及實驗研究,設(shè)計了高速機(jī)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(jìn)行研究,完成了主軸系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計;針對本文設(shè)計主軸在實際應(yīng)用中振動過大問題提出H-DTCWT算法應(yīng)用于軸承故障診斷,為高速主軸設(shè)計與應(yīng)用提供了一定的指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(luò)分析、經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解方法（EMD 方法）以及雙樹復(fù)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(jìn)行診斷。以凱斯西儲大學(xué)軸承試驗數(shù)據(jù)為例對不同算法進(jìn)行分析，證明 H-DT-CWT 算法優(yōu)越性。然后在第三章設(shè)計試驗平臺上進(jìn)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(jìn)行分析，確定故障部位，并對拆卸下來的軸承進(jìn)行微觀檢測證明該方法識別信息的準(zhǔn)確性。

圖 2-1 高速機(jī)械主軸基本結(jié)構(gòu)，1 為主軸；2 為砂輪；3 為軸承；4 為定位套；5 為套筒；6。結(jié)構(gòu)設(shè)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(yīng)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(jī)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(jī)文設(shè)計高速機(jī)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(zhuǎn)速波動小、抗干擾能力強(qiáng)，在變速運啟停時主軸電機(jī)安全可靠性高、工作壽命長等要求，最步電機(jī)。高速機(jī)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(jī)帶動，則主軸額定轉(zhuǎn)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(jìn)行傳動。本文選用西門子的機(jī)，電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2-2 所示，主要技術(shù)參數(shù)以及。

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本文編號：2805532