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

1、電主軸技術(shù)是隨著高速切削等現(xiàn)代先進制造技術(shù)以及高速數(shù)控機床技術(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)動力學性能方面問題的要求，以便能夠?qū)嶋H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、不平衡振動響應等動力學

2、方面的性能進行分析計算和合理設(shè)計。 本文以超高速電主軸為研究對象，在對超高速時主軸軸承內(nèi)部的動力學狀態(tài)和動剛度等性能參數(shù)進行分析和研究的基礎(chǔ)上，針對超高速電主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學方面的特點，對其球軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學性能分析的數(shù)學建模、數(shù)值計算方法及編程等進行了研究。 1．基于滾動軸承受力分析的擬靜力學和擬動力學模型，在分析球滾動體離心力等超高速慣性效應作用的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體算例，對超高速時主軸軸承的內(nèi)部動力學狀態(tài)和對轉(zhuǎn)子支

3、承的動剛度等性能參數(shù)進行了數(shù)值分析計算，并對軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)、外部工況條件等影響軸承動剛度的因素進行了綜合分析，結(jié)果表明，相對外載荷而言，超高速時球滾動體的離心力、陀螺力矩等慣性力的作用變得非常大，使軸承內(nèi)部的動力學狀態(tài)和動剛度等性能參數(shù)與低速和一般高速時大不相同，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)的動力學性能。 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)動力學性能方面的主要特點和存在的主要

4、問題，結(jié)合主軸軸承內(nèi)部動力學狀態(tài)和動剛度的分析計算，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)動力學性能分析的數(shù)學模型，并設(shè)計了相。 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)方面的因素對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學性能的影響，結(jié)果表明：超高速電主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動主要表現(xiàn)為不平衡振動響應和達到一階臨界轉(zhuǎn)速時發(fā)生共振現(xiàn)象；超高速時主軸軸承動剛度的變化是影響超高速電主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學性能

5、的主要因素之一，由于軸承動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)的動力學性能具有相應的非線性特點，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)裝電機的外徑等參數(shù)對超高速電主軸轉(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．對超高速電主軸進行了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學性能試驗，試驗結(jié)果表明，受軸承動剛度非線性變化的影響，在靜態(tài)和低速情況下進行模態(tài)試驗時無法得到超高速電主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)實際的臨界