混合预紧下高速电主轴涡动频率的理论研究

为了有效预测并控制高速电主轴的支撑刚度和临界转速,建立了角接触球轴承在混合预紧机理下的数值计算模型,对主轴系统进行有限元建模,耦合轴承组模型与转轴模型构成转轴-轴承模型.通过对整体模型计算获得主轴系统的动态特性参数,将结果反代入整体模型,进而进行循环迭代,从而研究主轴涡动频率.制定转轴-轴承模型动力学计算流程,研究了电主轴在不同工况下轴承支撑刚度和涡动频率等动态特性.理论计算结果表明:与传统计算方法相比,所建模型计算电主轴在高速运转时的动态特性具有更高精度.采用合理的预紧方式和预紧力有利于提高主轴系统在高速运转时的临界频率.     

高速电主轴热态特性与动力学特性耦合分析模型

针对高速电主轴的耦合分析,考虑到结合面接触热阻和润滑剂黏温变化对其热态特性影响的同时,以轴承拟静力学模型描述了径向刚度函数,建立了一种高速电主轴热态特性与动力学特性耦合分析模型.分析了轴承离心力软化效应和热诱导预紧力硬化效应联合作用下的支撑刚度变化规律及其对主轴系统动力学性能的影响.仿真分析与实验结果验证了本文模型的有...     

全陶瓷主轴-轴承单元的动力学研究

目的研究全陶瓷电主轴预紧力与固有频率的关系,为优化预紧力提供软件分析模型.方法应用赫兹理论计算出在全陶瓷角接触球轴承预紧后的接触应力,接触变形和静接触刚度的数值解,同时在改进传统的弹簧阻尼式主轴动力学软件仿真分析模型的基础上,计及轴承预紧后轴承的静接触刚度,以全陶瓷主轴-轴承单元为研究对象进行有限元结构分析,所得结果通过赫兹计算分析的数值解矫正,分析其动力学特性.结果全陶瓷主轴-轴承单元模型通过模态分析所得三阶固有频率和振型与模态实验分别相差19.59%、1.27%、16.06%;而电主轴传统分析模型所得三阶固有频率和振型与锤击实验分别相差24.39%、14.47%、33.78%.结论通过实验数据验证,全陶瓷主轴-轴承单元模型在分析全陶瓷电主轴动力学特性上更接近模态实验的结果,能够得到更为准确的固有频率和振型.     

高速电主轴轴承温度预测与温升影响因素分析

高速电主轴轴承在运转过程中产生大量的摩擦热,而轴承温度是影响主轴系统刚度和精度的主要因素。通过高速电主轴空载运转实验,测试了在不同转速下主轴轴承的温度,获得了151组温度值;基于BP神经网络,对每个测试点温度,利用前100个温度数据进行网络构建和训练,求解了后51个数据的误差绝对值累积和,网络训练结果表明所建立的BP神经网络泛化能力强;进行了5种工况的温度预测,其预测结果表明温度预测值与实验值绝对误差小,精度高。此外,文章还分析了轴承的预紧力、主轴转速及润滑油的黏度对轴承温升的影响,其分析结果表明主轴转速是影响轴承温升的主要因素。     

高速电主轴单元的振动性能研究

目的高速电主轴单元是实现高速、超高速磨削加工的关键技术之一．主要研究应用陶瓷轴承对电主轴动态性能的影响．方法采用“外点惩罚函数法”与“凑整解法”相结合的算法进行了陶瓷球轴承优化设计，并对电主轴进行了静、动态性能实验研究．结果探讨了陶瓷轴承电主轴单元结构布局形式的选择，分析了高速电主轴的振动性能．结论研究表明，应用陶瓷轴承作为主轴支承，电主轴单元振动小、温升低、运转精度高，有效提升电主轴功率和极限转速，适应高速、高效磨削加工的要求．     

高速铣床主轴⁃轴承的振动特性分析

主轴是高速铣床的核心部件,其动力学特性直接影响铣床的加工精度。以德国GMN某型高速铣床电主轴为例,采用有限元方法,建立了主轴⁃轴承系统的有限元模型,研究了主轴的固有振动特性,分析了轴承刚度对主轴固有振型和临界转速的影响。在此基础上,研究了高速主轴的不平衡响应特性,分析了不平衡量大小和位置等因素对主轴振动敏感度的影响规律,发现主轴两端不平衡响应敏感,尤其是连接刀具的一端振幅明显,研究结果可为高速机床主轴系统的动力学设计提供一定的参考。     

数控机床高速电主轴的热态特性分析

本文介绍了高速电主轴的结构、主要传热机理和热源的生热率计算方法,在此基础上建立有限元分析模型,并分析了轴承预紧力,电机转速,轴承冷却空气流量三种工况对电主轴热态特性的影响,为改善电主轴的热态特性提供理论依据。     

陶瓷轴承电主轴的模态分析及其动态性能实验

目的 通过对实验室高速精密磨床用陶瓷轴承电主轴的动态特性的研究,验证电主轴结构设计的合理性.方法 在Ansys中建立了相应的轴承-主轴系统三维有限元模型,采用了Subspace模态提取法对主轴部件进行模态分析,计算主轴前5阶固有频率、振型和临界转速,并利用锤击法对陶瓷轴承电主轴进行动态响应实验.结果 Ansys的模态分析法得出的固有频率与动态响应实验得出的频率基本一致,主轴工作转速远离其临界转速,能有效避开共振区,保证了磨床的磨削精度.结论 通过模态分析法,可以看出Ansys对电主轴的动态仿真和计算有一定的指导意义.也为下一步的谐响应分析打下基础.     

高速电主轴热态特性的研究

主轴轴承高速下的急剧摩擦发热是影响和限制机床主轴转速和加工精度提高的主要原因．本文通过对高速电主轴热态特性的试验与研究，分析了高速下主轴轴承及主轴系统的热态特性及其影响因素，提出了改善主轴单元热态特性的措施．     

定压预紧下角接触球轴承的动力学建模方法

针对定压预紧下的角接触球轴承在动态条件下的接触状态进行动力学建模.分析了定压预紧机理和受力特点,考虑了陀螺力和离心力的影响,基于Hertz接触理论,提出了一种角接触球轴承动态非线性模型的建模方法.通过对模型的数值迭代,确定了角接触轴承的动力学参数以及包括轴承内外圈在动态情况下的法向接触力、接触角、最大压应力、轴向位移、接触斑点和刚度值等动态接触参数集.设计了一个装有定压预紧轴承组的试验台,通过预紧力和转速调整,测量轴承在不同工况下内外圈的相对位移,与构建的模型进行了比对,验证了建模方法的正确性,为轴承生热量和疲劳寿命分析提供了理论依据.     

轴承过盈配合量对主轴动力学特性的影响

为探索轴承配合过盈量在转速和温升等因素影响下的变化规律及对主轴系统动力学特性的影响规律,首先建立了考虑转速引起的内圈离心膨胀和温升引起的热位移轴承过盈配合模型,然后将过盈配合模型耦合进Harries轴承动力学模型,建立了考虑轴承配合的轴承动力学模型,并基于Timoshenko理论建立机床主轴系统有限元模型. 针对实验室自建主轴系统,进行了轴承配合过盈量对主轴动力学特性影响分析. 结果表明:轴承内、外圈初始过盈量增加,原始接触角线性减小;初始过盈量在温升及离心力的双重影响因素下会增大;初始过盈量、内圈离心膨胀及内外圈热膨胀会导致轴承刚度增大,轴承刚度增大导致主轴系统固有频率增加,相比较一、二阶固有频率,三、四阶固有频率受过盈量及其影响因素的影响较大.     

高速电主轴动态特性仿真分析

在有限元软件ANSYS中对某高速磨削电主轴直接进行动力学有限元三维建模,并通过对模型较精确的单元网格划分,利用ANSYS结构动力学模块对电主轴的主轴部件进行模态分析和谐响应有限元仿真,计算了主轴前六阶的固有频率、临界转速和振型等动态特性,并进一步对主轴前端面的动态响应位移做了研究分析,结果验证了主轴结构设计的合理性,同时也为电主轴更深层的动态特性分析提供了重要参考。     

PMAC2下高速电主轴直接转矩控制系统设计

目的为解决高性能直接转矩控制法对电主轴进行控制和驱动。提高高速电主轴的动态响应速度问题．方法采用PMAC2型卡（可编程多轴运动控制卡Ⅱ型），结合高速电主轴的结构特点，建立了本系统电主轴在两相静止坐标系下的动态数学模型．结果通过动态数学模型设计了一套高速电主轴直接转矩控制系统。实现了高速电主轴的宽调速范围，快速准停，准位，准速，并给出了直接转矩控制系统的基本结构框图，系统控制原理图，软件程序流程图．结论研究表明，直接转矩控制系统的控制结构及控制过程简单，易于实现，便于全数字化，进一步精简了高速电主轴的控制结构，适应高速数控机床的要求，因此实现全数字化的直接转矩控制的交流电机调速系统具有潜在的经济价值和实际意义．     

加工中心电主轴复合“转子—轴承”系统动态特性研究

针对加工中心电主轴的结构特点和装配流程,研究了复合"转子—轴承"系统在约束边界下的动态特性和测试技术,并基于主轴端原点传递函数对比分析了有限元分析结果与约束模态测试结果。结果表明:所建立的分析模型和测试平台方法可行,能准确反映主轴在联机后的动态特性;分析模型和实验所测转子一弯、转子二弯分别对应的固有频率吻合程度较高,误差为0.57%左右;分析模型和实验所测主轴端原点传函曲线走势基本一致,吻合度高。建立的模型和测试平台能有效预测加工中心电主轴在与机床联机后的动态特性,为该系列电主轴的进一步智能优化设计和系统振动故障分析诊断与预报提供依据。     

球轴承-转子系统动特性的整体分析方法

针对轴承刚度计算精度不高的问题,求解滚动轴承内圈方程组的雅可比矩阵得到滚动轴承五维刚度,对轴承刚度特性分析表明,刚度随工况变化呈显著非线性变化.考虑转子外力和不平衡力作用于轴承的载荷变化和工况变化对轴承刚度的影响以及轴承刚度对转子系统动特性的影响,提出了滚动轴承-转子系统动态特性计算的整体分析方法,使用最速下降法结合牛顿-拉夫逊法求解系统的特征值,建立了转子失稳门槛的优化模型.对某多圆盘转子的临界转速、失稳门槛计算的结果表明:考虑轴承和转子相互作用对系统动特性的影响较为显著,优化转子直径提高了失稳门槛值.本研究为转子系统动特性的准确计算提供了方法.     

机床主轴部件刚度的一种精确的计算方法

将初参数法与优化方法相结合，提出了阶梯主轴部件刚度的计算方法．这一方法很适合在计算机上对多支承主轴的刚度作精确计算．     

双支承主轴部件跨距的优化设计

本文研究了卸荷及非卸荷双支承主轴部件在承受轴端及传动力作用下支承间跨的优化设计问题,给出了五种受力状态下的目标函数,编制了FORTRAN通用程序。利用该程序在微型计算机上方便而迅速地求出了不同受力状态下的最佳跨距,给出了主轴轴端的柔度值,绘制了在最佳跨距条件下主轴轴端的柔度曲线。全部计算与绘图仅数分钟。     

Effects of automatic variable preload device on performance of spindle

To increase the machine accuracy by improving the stiffness of bearings, a preload was applied to bearings. A variable preload technology was necessary to perform machining processes in both low and high speed regions. An automatic variable preload device was fabricated using an eccentric mass. By installing the fabricated device on a spindle, the effect of the automatic variable preload device on the performance of the spindle was analyzed. In the results of the vibration measurement of the spindle, the vibration is increased by 20%–37% according to measurement points at the maximum rotation speed of 5 000 r/min. And, in the results of the noise measurement of the spindle, the spindle rotation speed is increased by about 1.9% and 1.5% at the front and side of the spindle, respectively. Based on the results of this analysis, an improved method that reduces such effects on the performance of the spindle is proposed.