本文選題：電主軸　切入點(diǎn)：固有頻率　出處：《沈陽(yáng)建筑大學(xué)》2015年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：高速加工是以大幅度提高切削速度來(lái)達(dá)到提高生產(chǎn)率、加工精度、加工質(zhì)量和降低成本的現(xiàn)代制造技術(shù)。在現(xiàn)代制造技術(shù)中,高速切削技術(shù)已成為一個(gè)不可阻擋的發(fā)展潮流。高速機(jī)床是實(shí)現(xiàn)高速切削的首要條件,而高速電主軸是高速機(jī)床的核心部件,與傳統(tǒng)的傳動(dòng)方式相比,高速電主軸使用內(nèi)裝式電機(jī),取消了諸如齒輪、皮帶等中間傳動(dòng)環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的“零傳動(dòng)”。本文首先介紹了電主軸具有高精度、高剛度、抗振能力強(qiáng)、熱穩(wěn)定的優(yōu)良性能,并針對(duì)于典型陶瓷電主軸,進(jìn)行結(jié)構(gòu)與工作原理上的講解,對(duì)關(guān)鍵部件主軸與軸承進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。當(dāng)電主軸受到軸承預(yù)緊力預(yù)緊的情況下,應(yīng)用赫茲理論計(jì)算角接觸球軸承的接觸應(yīng)力、接觸剛度和接觸變形,并予以分析。以150MD24z7.5型鋼質(zhì)電主軸為例,運(yùn)用ANSYS建立其三維分析模型,分別通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算和仿真對(duì)軸承的預(yù)緊力所導(dǎo)致的振動(dòng)和溫升進(jìn)行研究,分析主軸轉(zhuǎn)子的振動(dòng)、軸承的摩擦生熱及溫度場(chǎng)分布,并用實(shí)驗(yàn)對(duì)上述仿真和計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí),應(yīng)用上述方法,確定170SD30無(wú)內(nèi)圈全陶瓷電主軸合理的預(yù)緊力,并對(duì)其產(chǎn)生的振動(dòng)、溫升進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。針對(duì)于本課題組設(shè)計(jì)的170SD30無(wú)內(nèi)圈全陶瓷電主軸,施加根據(jù)上文確定的預(yù)緊力,利用傳遞矩陣法進(jìn)行固有頻率計(jì)算分析,并用有限元分析軟件ANSYS對(duì)主軸的轉(zhuǎn)子進(jìn)行模態(tài)分析,同時(shí)建立電主軸的動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng),采用錘擊法對(duì)電主軸的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,將三者結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,研究其動(dòng)態(tài)特性,同時(shí)表明,ANSYS有限元仿真的可行性和快捷性。在工程實(shí)際中,合理的預(yù)緊力對(duì)提高軸的旋轉(zhuǎn)精度、減少振動(dòng)噪聲和保證軸承壽命都是十分有利的,做這方面的研究能夠?qū)?yōu)化軸承、軸系剛度的研究領(lǐng)域發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用。
[Abstract]:High speed machining is a modern manufacturing technology which can improve productivity, machining precision, machining quality and reducing cost by greatly increasing cutting speed. High-speed cutting technology has become an irresistible trend of development. High-speed machine tool is the first condition to realize high-speed cutting, and high-speed motorized spindle is the core component of high-speed machine tool. The high speed motorized spindle uses the built-in motor, cancels the intermediate transmission links such as gears and belts, and realizes the "zero drive" of the machine tool. This paper first introduces the excellent performance of the motorized spindle with high precision, high stiffness, strong vibration resistance and thermal stability. According to the typical ceramic motorized spindle, the structure and working principle are explained, and the key parts spindle and bearing are described in detail. The contact stress, contact stiffness and contact deformation of angular contact ball bearings are calculated by Hertz theory and analyzed. Taking 150MD24z7.5 steel motorized spindle as an example, a three-dimensional analysis model is established by using ANSYS. The vibration and temperature rise caused by the pretightening force of bearing are studied by mathematical calculation and simulation, and the vibration of spindle rotor, the distribution of friction heat and temperature field of bearing are analyzed, and the above simulation and calculation are verified by experiments. Using the above method, the reasonable pretightening force of 170SD30 non-inner ring all-ceramic electric spindle is determined, and the vibration and temperature rise produced by it are verified experimentally. The 170SD30 all-ceramic motor spindle without inner ring is designed by our research group. According to the pretightening force determined above, the transfer matrix method is used to calculate and analyze the natural frequency, and the finite element analysis software ANSYS is used to carry out modal analysis of the spindle rotor. At the same time, the dynamic testing system of the motorized spindle is established. The dynamic response characteristics of motorized spindle are experimentally studied by hammering method. The results are compared and analyzed, and the dynamic characteristics are studied. At the same time, the feasibility and rapidity of ANSYS finite element simulation are shown. Reasonable preload force is very beneficial to improve the rotation precision of shaft, reduce vibration noise and guarantee bearing life. The research in this field can promote the development of the research field of the optimization of bearing and shaft stiffness.
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG659

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