數(shù)控機床是實現(xiàn)高速加工的關(guān)鍵設(shè)備,而電主軸是數(shù)控機床核心部件,其動力學特性是影響機床加工精度和穩(wěn)定性的重要因素。然而,在電主軸高速旋轉(zhuǎn)的過程中,由主軸電機和軸承發(fā)熱引發(fā)的軸承溝道熱位移將使得電主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學性能發(fā)生明顯改變。所以進行主軸動態(tài)特性和熱態(tài)特性耦合研究已成為電主軸開發(fā)工作的迫切需求。本文以為150MD30Y10磨削用電主軸為研究對象,為得出電主軸熱態(tài)特性對軸承動力學性能以及電主軸動態(tài)特性的影響,進行了如下研究工作:首先綜合考慮電主軸驅(qū)動系統(tǒng)和散熱系統(tǒng),確定了其內(nèi)部熱源和各邊界的散熱條件,利用COMSOL有限元分析軟件建立了電主軸溫度場有限元模型,得出了不同轉(zhuǎn)速下電主軸內(nèi)部溫度的分布情況,并根據(jù)仿真所得溫度計算得出軸承內(nèi)外圈溝道相對軸向熱位移和相對徑向熱位移;然后結(jié)合軸承內(nèi)外圈溝道熱位移,根據(jù)擬靜力學研究方法求解在熱位移和內(nèi)圈離心膨脹共同影響下軸承支撐剛度,并對比分析不同預緊力和滾動體材料對軸承剛度影響;接著利用Ansys Workbench有限元分析軟件,建立電主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有限元模型,將所求軸承的支撐剛度作為邊界條件,對電主軸系統(tǒng)進行模態(tài)分析和諧響應分析,從而得出基于軸承...

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 選題背景
        1.1.1 電主軸基本結(jié)構(gòu)
        1.1.2 電主軸關(guān)鍵技術(shù)
        1.1.3 電主軸主要特性介紹
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 電主軸熱態(tài)特性研究現(xiàn)狀
        1.2.2 電主軸動態(tài)特性研究現(xiàn)狀
        1.2.3 電主軸耦合場研究現(xiàn)狀
    1.3 存在的問題
    1.4 電主軸動態(tài)和熱態(tài)特性研究方法
        1.4.1 傳遞矩陣法
        1.4.2 有限元法
        1.4.3 軟件和程序的開發(fā)
    1.5 電主軸動熱耦合的研究目的與意義
    1.6 研究內(nèi)容
第二章 電主軸溫度場及軸承熱位移計算分析
    2.1 電主軸損耗分析與生熱計算
        2.1.1 電主軸定轉(zhuǎn)子生熱量計算
        2.1.2 角接觸軸承生熱量計算
    2.2 電主軸各邊界換熱系數(shù)計算
        2.2.1 傳熱學基本理論
        2.2.2 電主軸各邊界換熱類型
    2.3 電主軸溫度場有限元模型的建立
        2.3.1 幾何建模
        2.3.2 選擇物理場及設(shè)置邊界條件
        2.3.3 網(wǎng)格劃分
    2.4 電主軸溫度場分析
        2.4.1 電主軸瞬態(tài)溫度場分析
        2.4.2 電主軸穩(wěn)態(tài)溫度場分析
    2.5 軸承溝道相對熱位移計算分析
        2.5.1 基本理論
        2.5.2 軸承內(nèi)圈溝道徑向熱位移
        2.5.3 軸承外圈溝道徑向熱位移
        2.5.4 軸承溝道軸向相對熱位移
    2.6 本章小結(jié)
第三章 基于熱位移的軸承動力學特性分析
    3.1 軸承運動學分析
        3.1.1 軸承滾動體運動分析
        3.1.2 Harris理論
        3.1.3 滾動體轉(zhuǎn)速求解
    3.2 赫茲理論介紹
        3.2.1 基本理論
        3.2.2 角接觸軸承曲率和與曲率差計算
        3.2.3 赫茲接觸的簡化解
    3.3 軸承動力學模型的建立
        3.3.1 變形方程
        3.3.2 軸承滾動體平衡方程
        3.3.3 軸承受力平衡方程
        3.3.4 軸承支撐剛度
    3.4 軸承動力學特性分析
        3.4.1 離心力與陀螺力矩
        3.4.2 接觸載荷與接觸角
        3.4.3 軸承瞬態(tài)剛度與穩(wěn)態(tài)剛度分析
    3.5 軸承剛度影響因素分析
        3.5.1 預緊力對軸承靜剛度影響分析
        3.5.2 不同滾珠材料對角接觸軸承剛度影響分析
    3.6 本章小結(jié)
第四章 電主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動態(tài)特性分析
    4.1 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模態(tài)分析和諧響應分析理論基礎(chǔ)
        4.1.1 模態(tài)分析模型的建立
        4.1.2 諧響應分析模型的建立
    4.2 電主軸動態(tài)特性有限元模型的建立
    4.3 電主軸模態(tài)分析
    4.4 轉(zhuǎn)軸諧響應分析
    4.5 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)固有頻率影響因素分析
    4.6 本章小結(jié)
第五章 電主軸熱態(tài)動態(tài)特性實驗
    5.1 電主軸實驗系統(tǒng)組成
        5.1.1 電主軸調(diào)控裝置
        5.1.2 電主軸冷卻條件
    5.2 電主軸溫升實驗
        5.2.1 電主軸溫升實驗設(shè)備
        5.2.2 測試步驟
        5.2.3 仿真結(jié)果與實驗結(jié)果對比分析
    5.3 電主軸動態(tài)特性實驗
        5.3.1 電主軸振動實驗設(shè)備
        5.3.2 電主軸振動實驗
        5.3.3 主軸模態(tài)實驗
    5.4 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 創(chuàng)新點
    6.3 展望
參考文獻
作者簡介
作者在攻讀碩士學位期間獲得的學術(shù)成果
致謝



本文編號：3869940