本文關(guān)鍵詞：高速陶瓷電主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能研究

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【摘要】：電主軸單元不僅簡(jiǎn)化了主軸結(jié)構(gòu)，提高了轉(zhuǎn)速，而且極大的提高了高速加工的精度和效率。隨著高速加工技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電主軸靜動(dòng)態(tài)性能的要求越來(lái)越高。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)電主軸普遍存在的轉(zhuǎn)速較低，動(dòng)靜態(tài)特性差，精度保持性不高等問(wèn)題，利用工程陶瓷的密度小、彈性模量大、硬度高、熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)良性能，設(shè)計(jì)一種氮化硅(Si3N4)陶瓷高速電主軸，并對(duì)其動(dòng)靜動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行分析。具體的研究?jī)?nèi)容如下： (1)陶瓷電主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。選擇氮化硅陶瓷作為主軸材料，確定軸承的配置方式，設(shè)計(jì)主軸與轉(zhuǎn)子的過(guò)盈聯(lián)接裝置并確定過(guò)盈量；對(duì)主軸的懸伸量和跨距進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，，確定最佳跨距；選擇主軸電機(jī)類型和型號(hào)；確定混合陶瓷角接觸球軸承；選擇冷卻潤(rùn)滑裝置。 (2)陶瓷電主軸的靜態(tài)特性分析。利用三維軟件Solidworks對(duì)主軸組件進(jìn)行實(shí)體建模，分析主軸的應(yīng)力、位移、應(yīng)變值，獲取靜剛度值，并與同規(guī)格鋼質(zhì)主軸的靜剛度進(jìn)行對(duì)比分析；對(duì)靜剛度進(jìn)行理論計(jì)算，與有限元仿真結(jié)果相互驗(yàn)證。 (3)陶瓷電主軸的動(dòng)態(tài)特性分析。將利用Solidworks建立的模型導(dǎo)入Workbench中進(jìn)行模態(tài)分析，得到陶瓷電主軸的前六階固有頻率及振型，并與鋼質(zhì)主軸進(jìn)行對(duì)比；對(duì)模型進(jìn)行諧響應(yīng)分析，確定在激振力作用下主軸變形隨頻率的變化；利用傳遞矩陣法計(jì)算主軸的一階固有頻率，與有限元結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。 經(jīng)研究表明，該新型陶瓷電主軸具有良好的靜動(dòng)態(tài)性能，電主軸轉(zhuǎn)速得到進(jìn)一步提高，更適合于高速加工。
【關(guān)鍵詞】：陶瓷電主軸 靜剛度 模態(tài) 諧響應(yīng) 有限元
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TG659;TH133.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題的研究背景10-11
• 1.2 高速電主軸技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 高速電主軸靜動(dòng)態(tài)特性的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.4 本課題的主要研究?jī)?nèi)容16-17
• 第2章 高速陶瓷電主軸設(shè)計(jì)17-41
• 2.1 高速陶瓷電主軸的總體設(shè)計(jì)17-22
• 2.1.1 高速陶瓷電主軸的結(jié)構(gòu)形式17-18
• 2.1.2 高速陶瓷電主軸的設(shè)計(jì)參數(shù)18
• 2.1.3 高速陶瓷電主軸的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)18-22
• 2.2 高速陶瓷電主軸電機(jī)的選型22-24
• 2.2.1 主軸電機(jī)的性能對(duì)比22-23
• 2.2.2 主軸電機(jī)型號(hào)的確定23-24
• 2.3 高速陶瓷電主軸的主軸-轉(zhuǎn)子過(guò)盈聯(lián)接設(shè)計(jì)24-30
• 2.3.1 主軸-轉(zhuǎn)子過(guò)盈聯(lián)接裝置的選取24-25
• 2.3.2 主軸與過(guò)盈套的過(guò)盈量計(jì)算25-30
• 2.4 高速陶瓷電主軸的軸承選擇30-32
• 2.4.1 陶瓷電主軸的軸承類型選擇30-31
• 2.4.2 軸承組配方式的選擇31
• 2.4.3 軸承選型31-32
• 2.5 高速陶瓷電主軸的主軸-刀柄接口形式選擇32-33
• 2.6 陶瓷主軸懸伸量與跨距的設(shè)計(jì)33-39
• 2.6.1 典型加工條件下陶瓷電主軸切削力的計(jì)算33-35
• 2.6.2 陶瓷電主軸懸伸量和跨距的計(jì)算35-38
• 2.6.3 陶瓷主軸強(qiáng)度校核38-39
• 2.7 高速陶瓷電主軸軸承的潤(rùn)滑系統(tǒng)39-40
• 2.8 本章小結(jié)40-41
• 第3章 高速陶瓷電主軸靜態(tài)特性分析41-52
• 3.1 陶瓷電主軸靜態(tài)特性的理論分析41-42
• 3.2 陶瓷電主軸靜態(tài)特性的有限元分析42-49
• 3.2.1 基于 Solidworks 的線性靜態(tài)分析方法簡(jiǎn)介42-44
• 3.2.2 主軸組件幾何模型的建立44-45
• 3.2.3 有限元模型的建立45-46
• 3.2.4 三維模型求解前的設(shè)置46-47
• 3.2.5 網(wǎng)格劃分和求解47-49
• 3.3 高速陶瓷電主軸的變形與剛度的驗(yàn)證49-50
• 3.4 不同材質(zhì)電主軸的性能對(duì)比50-51
• 3.5 本章小結(jié)51-52
• 第4章 高速陶瓷電主軸動(dòng)態(tài)特性分析52-68
• 4.1 陶瓷電主軸動(dòng)態(tài)特性的研究?jī)?nèi)容52-53
• 4.2 基于傳遞矩陣法的陶瓷主軸一階固有頻率計(jì)算53-56
• 4.3 陶瓷主軸單元的模態(tài)分析56-64
• 4.3.1 主軸模態(tài)分析的理論基礎(chǔ)56-57
• 4.3.2 主軸組件的模態(tài)分析57-64
• 4.4 陶瓷主軸組件的諧響應(yīng)分析64-67
• 4.4.1 諧響應(yīng)分析的理論基礎(chǔ)64
• 4.4.2 加工引起的激振力計(jì)算64-65
• 4.4.3 主軸組件的諧響應(yīng)分析65-67
• 4.5 本章小結(jié)67-68
• 結(jié)論68-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 攻讀碩士期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果73-74
• 致謝74-75
• 作者簡(jiǎn)介75

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