本文關(guān)鍵詞：精密主軸系統(tǒng)回轉(zhuǎn)精度劣化機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：精密主軸系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心部件,主軸系統(tǒng)性能劣化程度將直接影響加工工件的質(zhì)量。主軸系統(tǒng)回轉(zhuǎn)精度的變化受到軸承磨損、發(fā)熱、振動(dòng)、噪聲等因素的影響。研究主軸系統(tǒng)回轉(zhuǎn)精度劣化機(jī)理可以得到機(jī)床在服役期內(nèi)其回轉(zhuǎn)精度逐步劣化最終超過(guò)規(guī)定范圍而不能完成規(guī)定功能的一般規(guī)律。本文以高速電主軸和數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)為研究對(duì)象進(jìn)行主軸系統(tǒng)回轉(zhuǎn)精度劣化機(jī)理的研究。確定主軸系統(tǒng)性能劣化特征量。分析影響主軸系統(tǒng)回轉(zhuǎn)精度的因素,選取主軸系統(tǒng)平均徑向誤差和軸心軌跡作為衡量主軸系統(tǒng)性能劣化指標(biāo)。平均徑向誤差顯示了主軸系統(tǒng)徑向振幅的平均值。軸心軌跡作為主軸系統(tǒng)整體的輸出,是主軸系統(tǒng)磨損、熱變形、振動(dòng)、噪聲等信息的融合,能夠全面體現(xiàn)主軸系統(tǒng)的性能狀態(tài)。從靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和熱分析角度對(duì)軸承劣化機(jī)理進(jìn)行研究。軸承是主軸系統(tǒng)的關(guān)鍵零件,軸承劣化情況決定了主軸系統(tǒng)的性能狀態(tài)。在靜力學(xué)部分,推導(dǎo)了混合陶瓷球軸承曲率和、曲率差、接觸應(yīng)力、應(yīng)變計(jì)算公式。對(duì)軸承滾珠與軸承內(nèi)外滾道的接觸應(yīng)力、應(yīng)變、次表面應(yīng)力進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)滾道受力最大,變形最大。在動(dòng)力學(xué)部分,計(jì)算了混合陶瓷球軸承在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力和陀螺轉(zhuǎn)矩。在軸承基本尺寸無(wú)法改變的情況下,采用密度小的陶瓷材料制成的滾珠有利于降低離心力和陀螺轉(zhuǎn)矩,進(jìn)而減少摩擦生熱,延緩軸承劣化。在熱分析部分,當(dāng)軸承承受最大額定靜載荷與最大額定動(dòng)載荷時(shí),軸承內(nèi)圈發(fā)熱最多,滾珠次之,外圈發(fā)熱最低。利用流形學(xué)習(xí)算法提取主軸系統(tǒng)軸心軌跡微弱特征,建立主軸系統(tǒng)劣化狀態(tài)識(shí)別模型。利用軸心軌跡時(shí)頻域特征建立高維特征空間,利用流形學(xué)習(xí)算法從高維特征空間提取軸心軌跡低維流形特征。通過(guò)轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)模擬主軸系統(tǒng)由正常狀態(tài)到不平衡狀態(tài)再到碰摩狀態(tài)的劣化過(guò)程,建立主軸系統(tǒng)不同劣化狀態(tài)的低維流形結(jié)構(gòu)。流形學(xué)習(xí)算法中的LTSA算法和Laplacian算法能夠有效地區(qū)分主軸系統(tǒng)正常、不平衡、碰摩狀態(tài)下的軸心軌跡低維流形特征,對(duì)不同劣化狀態(tài)進(jìn)行了識(shí)別和分類(lèi)。進(jìn)行主軸系統(tǒng)回轉(zhuǎn)精度劣化試驗(yàn)研究,建立主軸系統(tǒng)回轉(zhuǎn)精度劣化模型。以CJK1630數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)制造主軸加載裝置。搭建主軸系統(tǒng)熱變形測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)與動(dòng)態(tài)誤差測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)。實(shí)現(xiàn)主軸系統(tǒng)熱變形和平均徑向誤差實(shí)時(shí)在線測(cè)量。對(duì)主軸系統(tǒng)進(jìn)行熱變形試驗(yàn),平均徑向誤差隨時(shí)間、溫度劣化試驗(yàn),空載、加載平均徑向誤差隨速度變化試驗(yàn)。通過(guò)平均徑向誤差隨時(shí)間劣化試驗(yàn)和模型擬合,確定機(jī)床主軸系統(tǒng)回轉(zhuǎn)精度劣化規(guī)律為線性規(guī)律。
【關(guān)鍵詞】：精密主軸系統(tǒng) 軸心軌跡 平均徑向誤差 劣化機(jī)理 劣化模型
【學(xué)位授予單位】：機(jī)械科學(xué)研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG659
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 引言11-20
• 1.1 課題研究的意義與來(lái)源11-12
• 1.1.1 課題研究的意義11-12
• 1.1.2 課題來(lái)源12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)12-17
• 1.2.1 機(jī)械設(shè)備性能劣化研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)12-14
• 1.2.2 精密主軸系統(tǒng)性能劣化研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.3 高速軸承性能劣化研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 課題研究目的和研究?jī)?nèi)容17-20
• 1.3.1 課題研究目的17-18
• 1.3.2 課題研究?jī)?nèi)容18-20
• 第二章 精密主軸系統(tǒng)回轉(zhuǎn)精度劣化分析20-32
• 2.1 主軸系統(tǒng)回轉(zhuǎn)精度影響因素分析20-22
• 2.2 主軸系統(tǒng)回轉(zhuǎn)精度形成機(jī)理22-25
• 2.3 主軸系統(tǒng)回轉(zhuǎn)精度劣化特征量的選取25-27
• 2.3.1 基本概念25-26
• 2.3.2 回轉(zhuǎn)精度劣化特征量的選取26-27
• 2.4 主軸系統(tǒng)回轉(zhuǎn)精度劣化特征量的動(dòng)態(tài)測(cè)量27-31
• 2.4.1 軸心軌跡的動(dòng)態(tài)測(cè)量28-30
• 2.4.2 平均徑向誤差的動(dòng)態(tài)測(cè)量30-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第三章 精密主軸系統(tǒng)軸承劣化機(jī)理分析32-59
• 3.1 軸承疲勞破壞機(jī)理32-33
• 3.2 軸承劣化靜力學(xué)分析33-48
• 3.2.1 混合陶瓷球軸承球與套圈的接觸應(yīng)力與變形33-37
• 3.2.2 軸承滾道次表面切應(yīng)力分析37-40
• 3.2.3 銑削電主軸混合陶瓷球軸承靜力學(xué)分析40-47
• 3.2.3.1 前軸承接觸應(yīng)力與應(yīng)變42-43
• 3.2.3.2 后軸承接觸應(yīng)力與應(yīng)變43-44
• 3.2.3.3 前軸承次表面切應(yīng)力44-46
• 3.2.3.4 后軸承次表面切應(yīng)力46-47
• 3.2.4 前后軸承靜力學(xué)分析結(jié)果比較47-48
• 3.3 軸承劣化動(dòng)力學(xué)分析48-50
• 3.3.1 高速軸承動(dòng)力學(xué)理論介紹48-49
• 3.3.2 高速混合陶瓷球軸承動(dòng)力學(xué)分析49-50
• 3.3.3 高速軸承離心力與陀螺轉(zhuǎn)矩對(duì)軸承劣化的影響50
• 3.4 軸承劣化熱分析50-57
• 3.4.1 軸承發(fā)熱理論分析50-54
• 3.4.2 軸承熱態(tài)特性有限元分析54-57
• 3.5 本章小結(jié)57-59
• 第四章 精密主軸系統(tǒng)劣化狀態(tài)識(shí)別研究59-79
• 4.1 微弱信號(hào)提取方法59-67
• 4.1.1 流形學(xué)習(xí)算法60-64
• 4.1.1.1 等距映射算法60-61
• 4.1.1.2 局部線性嵌入算法61-62
• 4.1.1.3 局部切空間排列算法62-63
• 4.1.1.4 拉普拉斯特征映射63-64
• 4.1.2 流形學(xué)習(xí)參數(shù)選擇64
• 4.1.3 軸心軌跡高維特征空間構(gòu)建與低維流形特征提取64-67
• 4.2 基于流形學(xué)習(xí)主軸系統(tǒng)劣化狀態(tài)識(shí)別67-77
• 4.2.1 轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)搭建68-71
• 4.2.2 基于軸心軌跡流形學(xué)習(xí)參數(shù)選擇71-72
• 4.2.3 軸心軌跡高維特征空間構(gòu)建72-73
• 4.2.4 軸心軌跡低維流形識(shí)別與分類(lèi)73-77
• 4.3 本章小結(jié)77-79
• 第五章 精密主軸系統(tǒng)回轉(zhuǎn)精度劣化模型與試驗(yàn)研究79-98
• 5.1 主軸系統(tǒng)回轉(zhuǎn)精度劣化建模79-80
• 5.2 主軸系統(tǒng)回轉(zhuǎn)精度劣化試驗(yàn)80-91
• 5.2.1 試驗(yàn)臺(tái)搭建80-82
• 5.2.2 試驗(yàn)臺(tái)測(cè)量系統(tǒng)82-86
• 5.2.3 回轉(zhuǎn)精度劣化試驗(yàn)86-91
• 5.2.3.1 主軸熱變形試驗(yàn)86-89
• 5.2.3.2 回轉(zhuǎn)精度隨時(shí)間劣化試驗(yàn)89-90
• 5.2.3.3 回轉(zhuǎn)精度隨溫度劣化試驗(yàn)90
• 5.2.3.4 回轉(zhuǎn)精度隨轉(zhuǎn)速變化試驗(yàn)90-91
• 5.3 主軸系統(tǒng)回轉(zhuǎn)精度劣化模型91-96
• 5.3.1 回轉(zhuǎn)精度隨時(shí)間劣化模型91-94
• 5.3.1.1 建立劣化模型91-92
• 5.3.1.2 劣化模型的分布檢驗(yàn)92-94
• 5.3.2 回轉(zhuǎn)精度隨溫度劣化模型94
• 5.3.3 回轉(zhuǎn)精度隨轉(zhuǎn)速變化模型94-96
• 5.4 本章小結(jié)96-98
• 第六章 總結(jié)與展望98-100
• 6.1 論文工作總結(jié)與結(jié)論98-99
• 6.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)99
• 6.3 工作展望99-100
• 參考文獻(xiàn)100-107
• 致謝107-108
• 附錄108-113
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況113-114
• 作者簡(jiǎn)介114

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 劉嘯;;高速數(shù)控機(jī)床電主軸熱誤差機(jī)理分析[J];中國(guó)包裝工業(yè);2013年18期

  本文關(guān)鍵詞：精密主軸系統(tǒng)回轉(zhuǎn)精度劣化機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：344597