數(shù)控機(jī)床是實(shí)現(xiàn)高速加工的關(guān)鍵設(shè)備,而電主軸是數(shù)控機(jī)床核心部件,其動(dòng)力學(xué)特性是影響機(jī)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(guò)程中,由主軸電機(jī)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(dòng)力學(xué)性能發(fā)生明顯改變。所以進(jìn)行主軸動(dòng)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(duì)象,為得出電主軸熱態(tài)特性對(duì)軸承動(dòng)力學(xué)性能以及電主軸動(dòng)態(tài)特性的影響,進(jìn)行了如下研究工作:首先綜合考慮電主軸驅(qū)動(dòng)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(chǎng)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(jì)算得出軸承內(nèi)外圈溝道相對(duì)軸向熱位移和相對(duì)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(xué)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(duì)比分析不同預(yù)緊力和滾動(dòng)體材料對(duì)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(duì)電主軸系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析,從而得出基于軸承...

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【學(xué)位級(jí)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(guó)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(dòng)態(tài)特性研究現(xiàn)狀
        1.2.3 電主軸耦合場(chǎng)研究現(xiàn)狀
    1.3 存在的問(wèn)題
    1.4 電主軸動(dòng)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(dòng)熱耦合的研究目的與意義
    1.6 研究?jī)?nèi)容
第二章 電主軸溫度場(chǎng)及軸承熱位移計(jì)算分析
    2.1 電主軸損耗分析與生熱計(jì)算
        2.1.1 電主軸定轉(zhuǎn)子生熱量計(jì)算
        2.1.2 角接觸軸承生熱量計(jì)算
    2.2 電主軸各邊界換熱系數(shù)計(jì)算
        2.2.1 傳熱學(xué)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(chǎng)有限元模型的建立
        2.3.1 幾何建模
        2.3.2 選擇物理場(chǎng)及設(shè)置邊界條件
        2.3.3 網(wǎng)格劃分
    2.4 電主軸溫度場(chǎng)分析
        2.4.1 電主軸瞬態(tài)溫度場(chǎng)分析
        2.4.2 電主軸穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)分析
    2.5 軸承溝道相對(duì)熱位移計(jì)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(duì)熱位移
    2.6 本章小結(jié)
第三章 基于熱位移的軸承動(dòng)力學(xué)特性分析
    3.1 軸承運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
        3.1.1 軸承滾動(dòng)體運(yùn)動(dòng)分析
        3.1.2 Harris理論
        3.1.3 滾動(dòng)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(jì)算
        3.2.3 赫茲接觸的簡(jiǎn)化解
    3.3 軸承動(dòng)力學(xué)模型的建立
        3.3.1 變形方程
        3.3.2 軸承滾動(dòng)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(dòng)力學(xué)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(yù)緊力對(duì)軸承靜剛度影響分析
        3.5.2 不同滾珠材料對(duì)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(dòng)態(tài)特性分析
    4.1 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模態(tài)分析和諧響應(yīng)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(yīng)分析模型的建立
    4.2 電主軸動(dòng)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(yīng)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(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)
    5.1 電主軸實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)
        5.2.1 電主軸溫升實(shí)驗(yàn)設(shè)備
        5.2.2 測(cè)試步驟
        5.2.3 仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析
    5.3 電主軸動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)
        5.3.1 電主軸振動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備
        5.3.2 電主軸振動(dòng)實(shí)驗(yàn)
        5.3.3 主軸模態(tài)實(shí)驗(yàn)
    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(diǎn)
    6.3 展望
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)介
作者在攻讀碩士學(xué)位期間獲得的學(xué)術(shù)成果
致謝



本文編號(hào)：3869940