本文關(guān)鍵詞：高速主軸不平衡振動行為分析及其抑制方法研究

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【摘要】：高速加工技術(shù)是當(dāng)代一種先進(jìn)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(xué)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(jī)床是高速加工技術(shù)得以實(shí)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(jī)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(xué)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(xué)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(jìn)行了有限元動力學(xué)建模,采用線性搜索與改進(jìn)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度非線性方程組進(jìn)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(diǎn)軸承單元,每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含除扭轉(zhuǎn)自由度外的5個(gè)自由度;利用考慮剪切作用的2節(jié)點(diǎn)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(jìn)行有限元動力學(xué)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(jìn)行動力學(xué)建模;最后在軸承剛度求解的基礎(chǔ)上,對轉(zhuǎn)子、圓盤、軸承各模塊進(jìn)行集成,得到主軸系統(tǒng)的有限元動力學(xué)模型。論文對已有高速主軸進(jìn)行了有限元動力學(xué)建模,并分別從模態(tài)、諧響應(yīng)、時(shí)域振動響應(yīng)方面進(jìn)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(jìn)行了比較,最后進(jìn)行了高速主軸的模態(tài)實(shí)驗(yàn)。ANSYS分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)論聯(lián)合驗(yàn)證了主軸系統(tǒng)有限元動力學(xué)模型的正確性和準(zhǔn)確性。最后提出了基于高速主軸有限元動力學(xué)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)子平臺進(jìn)行了該方法的動平衡實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明該方法能有效地抑制轉(zhuǎn)子不平衡振動,在轉(zhuǎn)子動平衡中有廣闊的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：高速加工技術(shù) 電主軸 滾動軸承 不平衡振動 無試重動平衡
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG502.3
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符號對照表11-13
• 縮略語對照表13-16
• 第一章 緒論16-26
• 1.1 研究背景及意義16-18
• 1.1.1 研究背景16-17
• 1.1.2 研究意義17-18
• 1.2 高速電主軸概述18-20
• 1.2.1 高速電主軸結(jié)構(gòu)及功能18-19
• 1.2.2 高速電主軸用滾動軸承19-20
• 1.3 高速電主軸系統(tǒng)理論研究現(xiàn)狀20-22
• 1.3.1 高速電主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動力學(xué)建模理論研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3.2 高速電主軸動平衡方法研究現(xiàn)狀21-22
• 1.4 高速電主軸系統(tǒng)理論研究發(fā)展趨勢22-23
• 1.5 論文研究內(nèi)容23-26
• 第二章 角接觸球軸承有限元動力學(xué)建模26-42
• 2.1 角接觸球軸承的幾何結(jié)構(gòu)26-27
• 2.2 角接觸球軸承的幾何關(guān)系27-29
• 2.3 角接觸球軸承的受力分析29-31
• 2.3.1 滾動體的受力分析29-31
• 2.4 角接觸球軸承的剛度求解31-40
• 2.4.1 關(guān)于滾動體的非線性方程組求解31-35
• 2.4.2 軸承剛度求解35-40
• 2.5 小結(jié)40-42
• 第三章 高速主軸系統(tǒng)有限元動力學(xué)建模42-58
• 3.1 梁單元的有限元運(yùn)動方程42-49
• 3.2 圓盤單元的有限元運(yùn)動方程49-51
• 3.3 高速主軸系統(tǒng)的有限元動力學(xué)模型51
• 3.4 簡單轉(zhuǎn)子—軸承系統(tǒng)的仿真分析51-57
• 3.4.1 動態(tài)分析的理論基礎(chǔ)51-54
• 3.4.2 簡單轉(zhuǎn)子—軸承系統(tǒng)的仿真分析54-57
• 3.5 小結(jié)57-58
• 第四章 高速主軸不平衡振動行為分析及抑制方法研究58-74
• 4.1 不平衡力作用下的主軸空間振動分析58-66
• 4.2 基于系統(tǒng)有限元動力學(xué)模型的無試重動平衡方法研究66-70
• 4.2.1 基于系統(tǒng)有限元動力學(xué)模型的不平衡響應(yīng)識別66-68
• 4.2.2 基于系統(tǒng)有限元動力學(xué)模型模態(tài)分析的試重求解68-70
• 4.3 基于系統(tǒng)有限元動力學(xué)模型的不平衡識別方法仿真分析70-72
• 4.4 小結(jié)72-74
• 第五章 系統(tǒng)有限元動力學(xué)模型及動平衡方法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證74-84
• 5.1 高速電主軸系統(tǒng)的動態(tài)仿真及ANSYS驗(yàn)證74-78
• 5.2 高速電主軸模態(tài)實(shí)驗(yàn)78-80
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)平臺及設(shè)備78-79
• 5.2.2 模態(tài)實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果對比79-80
• 5.3 本特利轉(zhuǎn)子動平衡實(shí)驗(yàn)80-82
• 5.4 小結(jié)82-84
• 第六章 結(jié)論與展望84-86
• 6.1 本文工作結(jié)論84-85
• 6.2 研究工作展望85-86
• 參考文獻(xiàn)86-90
• 致謝90-92
• 作者簡介92-93

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：866412