本文關(guān)鍵詞：高精度機床電主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)分析和應(yīng)用

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【摘要】：數(shù)控機床是工業(yè)化和現(xiàn)代化建設(shè)的重要生產(chǎn)工具,其所帶來的加工效率和效益的提高備受矚目,未來必將具有更廣闊的發(fā)展前景。電主軸作為整個機床系統(tǒng)中直接提供動力并連接刀具進行加工的部件,其在整個系統(tǒng)中的重要性不言而喻。然而隨著數(shù)控機床電主軸加工速度的提高與機床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化,更大的離心力和高速回轉(zhuǎn)效應(yīng)對其動力學(xué)性能影響越來越大,因此提出了對高速機床電主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行詳細(xì)深入的動力學(xué)分析要求。本文以珠寶加工行業(yè)特種機床電主軸為分析對象,對轉(zhuǎn)子支承結(jié)構(gòu),即角接觸陶瓷球軸承進行靜力分析,研究軸承預(yù)緊力與軸承內(nèi)外接觸角的變化關(guān)系,綜合考慮滾動體高轉(zhuǎn)速下所受離心力和陀螺力矩作用,分析內(nèi)外接觸角隨轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系,基于軸承剛度和阻尼的非線性特征推導(dǎo)獲得相關(guān)數(shù)值計算方法并編寫了計算程序,求解出實際工作載荷下軸承剛度和阻尼。在充分研究分析得出支承結(jié)構(gòu)動靜態(tài)特性的前提下,對電主軸轉(zhuǎn)子進行參數(shù)化有限元建模,并驗證該模型的正確性。采用此模型進行動力學(xué)分析,分析主要采用ANSYS動力學(xué)分析模塊。研究探討電機與轉(zhuǎn)子配合時過盈量對最大配合應(yīng)力及傳遞扭矩的影響、可傳遞最大扭矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系;轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模態(tài)分析獲得各階固有頻率及相應(yīng)振型等基本信息;臨界轉(zhuǎn)速分析分別考慮高速回轉(zhuǎn)效應(yīng)和軸承預(yù)載荷對轉(zhuǎn)子各階臨界轉(zhuǎn)速的影響,指出轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)固有頻率與其臨界轉(zhuǎn)速不匹配的原因;諧響應(yīng)分析獲得共振時轉(zhuǎn)子軸線各位置節(jié)點偏移位置,從而可以對主軸實際工作狀態(tài)進行精確仿真計算,給出主軸回轉(zhuǎn)狀態(tài)信息;瞬態(tài)動力學(xué)分析重點研究轉(zhuǎn)子啟動過程及受沖擊載荷作用下主軸軸端位移響應(yīng),充分考慮轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量的影響。利用APDL優(yōu)化技術(shù)對主軸結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化,得到軸承跨距最優(yōu)值,并分析各結(jié)構(gòu)參數(shù)對臨界轉(zhuǎn)速的影響。通過電主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)分析及其結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化仿真,為改善和優(yōu)化電主軸動態(tài)特性、提高加工精度及工作效率等實際應(yīng)用提供理論參考依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：電主軸 參數(shù)化有限元 動力學(xué)分析 結(jié)構(gòu)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG659
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展概況介紹10-14
• 1.2.1 國內(nèi)發(fā)展概況介紹11-12
• 1.2.2 國外發(fā)展概況介紹12-14
• 1.3 主要研究目標(biāo)與內(nèi)容14-15
• 第2章 角接觸球軸承動靜態(tài)特性和主軸靜力分析15-35
• 2.1 引言15
• 2.2 角接觸陶瓷球軸承分析15-28
• 2.2.1 赫茲點接觸理論15-17
• 2.2.2 角接觸球軸承接觸角分析17-25
• 2.2.3 軸承剛度25-27
• 2.2.4 軸承阻尼27-28
• 2.3 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有限元建模28-30
• 2.4 電主軸靜剛度計算30-33
• 2.4.1 實際工況下電主軸受載計算30-31
• 2.4.2 電主軸靜剛度的計算31-33
• 2.5 本章小結(jié)33-35
• 第3章 電主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)分析35-55
• 3.1 引言35
• 3.2 過盈配合分析35-40
• 3.3 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模態(tài)分析及有限元模型驗證40-47
• 3.3.1 固有頻率和振型40-44
• 3.3.2 臨界轉(zhuǎn)速44-47
• 3.4 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)諧響應(yīng)分析47-51
• 3.5 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)瞬態(tài)動力學(xué)分析51-54
• 3.5.1 啟動過程瞬態(tài)動力學(xué)分析51-53
• 3.5.2 沖擊載荷作用下的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)響應(yīng)分析53-54
• 3.6 本章小結(jié)54-55
• 第4章 電主軸轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析55-62
• 4.1 引言55
• 4.2 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化分析55-61
• 4.2.1 軸承跨距55-59
• 4.2.2 轉(zhuǎn)子前懸伸量59
• 4.2.3 轉(zhuǎn)子后懸伸量59-61
• 4.3 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-64
• 參考文獻64-68
• 致謝68

【參考文獻】

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本文編號：981978