超高速電主軸球軸承——轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能的研究.pdf

1、電主軸技術(shù)是隨著高速切削等現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)以及高速數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展和需求而發(fā)展起來的，隨著電主軸的轉(zhuǎn)速和輸出功率的不斷提高，超高速電主軸的應(yīng)用正越來越多。在超高速電主軸中，主軸軸承基本接近設(shè)計(jì)所允許的極限轉(zhuǎn)速，并且采用油氣、油霧等外部供油的潤滑方式，電主軸的工作轉(zhuǎn)速通常接近于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的一階臨界轉(zhuǎn)速，從而提出了分析研究其轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能方面問題的要求，以便能夠?qū)?shí)際工程中超高速電主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固有頻率、臨界轉(zhuǎn)速、不平衡振動(dòng)響應(yīng)等動(dòng)力學(xué)

2、方面的性能進(jìn)行分析計(jì)算和合理設(shè)計(jì)。 本文以超高速電主軸為研究對(duì)象，在對(duì)超高速時(shí)主軸軸承內(nèi)部的動(dòng)力學(xué)狀態(tài)和動(dòng)剛度等性能參數(shù)進(jìn)行分析和研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)超高速電主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方面的特點(diǎn)，對(duì)其球軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能分析的數(shù)學(xué)建模、數(shù)值計(jì)算方法及編程等進(jìn)行了研究。 1．基于滾動(dòng)軸承受力分析的擬靜力學(xué)和擬動(dòng)力學(xué)模型，在分析球滾動(dòng)體離心力等超高速慣性效應(yīng)作用的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體算例，對(duì)超高速時(shí)主軸軸承的內(nèi)部動(dòng)力學(xué)狀態(tài)和對(duì)轉(zhuǎn)子支

3、承的動(dòng)剛度等性能參數(shù)進(jìn)行了數(shù)值分析計(jì)算，并對(duì)軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)、外部工況條件等影響軸承動(dòng)剛度的因素進(jìn)行了綜合分析，結(jié)果表明，相對(duì)外載荷而言，超高速時(shí)球滾動(dòng)體的離心力、陀螺力矩等慣性力的作用變得非常大，使軸承內(nèi)部的動(dòng)力學(xué)狀態(tài)和動(dòng)剛度等性能參數(shù)與低速和一般高速時(shí)大不相同，有的甚至成倍地發(fā)生變化，因此影響著超高速電主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性能。 2．分析研究了以角接觸球軸承為支承的超高速電主軸，其轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能方面的主要特點(diǎn)和存在的主要

4、問題，結(jié)合主軸軸承內(nèi)部動(dòng)力學(xué)狀態(tài)和動(dòng)剛度的分析計(jì)算，利用有限元法，建立了包括主軸軸承支承性能在內(nèi)的超高速電主軸球軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能分析的數(shù)學(xué)模型，并設(shè)計(jì)了相。 3．結(jié)合具體超高速電主軸算例，分析研究了主軸軸承、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)等有關(guān)方面的因素對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明：超高速電主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)主要表現(xiàn)為不平衡振動(dòng)響應(yīng)和達(dá)到一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)生共振現(xiàn)象；超高速時(shí)主軸軸承動(dòng)剛度的變化是影響超高速電主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能

5、的主要因素之一，由于軸承動(dòng)剛度非線性變化的影響，超高速電主軸球軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性能具有相應(yīng)的非線性特點(diǎn)，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固有頻率一般不等于共振頻率；轉(zhuǎn)子外伸端的長度、軸端附加零件的質(zhì)量和內(nèi)裝電機(jī)的外徑等參數(shù)對(duì)超高速電主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的一階固有頻率、一階臨界轉(zhuǎn)速的影響較大。 4．對(duì)超高速電主軸進(jìn)行了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，受軸承動(dòng)剛度非線性變化的影響，在靜態(tài)和低速情況下進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)時(shí)無法得到超高速電主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)實(shí)際的臨界