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《上海大学》 2006年
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超高速电主轴球轴承—转子系统动力学性能的研究

李松生  
【摘要】: 电主轴技术是随着高速切削等现代先进制造技术以及高速数控机床技术的发展和需求而发展起来的,随着电主轴的转速和输出功率的不断提高,超高速电主轴的应用正越来越多。在超高速电主轴中,主轴轴承基本接近设计所允许的极限转速,并且采用油气、油雾等外部供油的润滑方式,电主轴的工作转速通常接近于转子系统的一阶临界转速,从而提出了分析研究其转子系统动力学性能方面问题的要求,以便能够对实际工程中超高速电主轴转子系统的固有频率、临界转速、不平衡振动响应等动力学方面的性能进行分析计算和合理设计。 本文以超高速电主轴为研究对象,在对超高速时主轴轴承内部的动力学状态和动刚度等性能参数进行分析和研究的基础上,针对超高速电主轴转子系统动力学方面的特点,对其球轴承——转子系统动力学性能分析的数学建模、数值计算方法及编程等进行了研究。 1.基于滚动轴承受力分析的拟静力学和拟动力学模型,在分析球滚动体离心力等超高速惯性效应作用的基础上,结合具体算例,对超高速时主轴轴承的内部动力学状态和对转子支承的动刚度等性能参数进行了数值分析计算,并对轴承内部结构参数、外部工况条件等影响轴承动刚度的因素进行了综合分析,结果表明,相对外载荷而言,超高速时球滚动体的离心力、陀螺力矩等惯性力的作用变得非常大,使轴承内部的动力学状态和动刚度等性能参数与低速和一般高速时大不相同,有的甚至成倍地发生变化,因此影响着超高速电主轴转子系统的动力学性能。 2.分析研究了以角接触球轴承为支承的超高速电主轴,其转子系统动力学性能方面的主要特点和存在的主要问题,结合主轴轴承内部动力学状态和动刚度的分析计算,利用有限元法,建立了包括主轴轴承支承性能在内的超高速电主轴球轴承——转子系统动力学性能分析的数学模型,并设计了相应数值分析方法和计算程序。 3.结合具体超高速电主轴算例,分析研究了主轴轴承、转速、转子结构等有关方面的因素对转子系统动力学性能的影响,结果表明:超高速电主轴转子系统的振动主要表现为不平衡振动响应和达到一阶临界转速时发生共振现象;超高速时主轴轴承动刚度的变化是影响超高速电主轴转子系统动力学性能的主要因素之一,由于轴承动刚度非线性变化的影响,超高速电主轴球轴承——转子系统的动力学性能具有相应的非线性特点,转子系统的固有频率一般不等于共振频率;转子外伸端的长度、轴端附加零件的质量和内装电机的外径等参数对超高速电主轴转子系统的一阶固有频率、一阶临界转速的影响较大。 4.对超高速电主轴进行了转子系统动力学性能试验,试验结果表明,受轴承动刚度非线性变化的影响,在静态和低速情况下进行模态试验时无法得到超高速电主轴转子系统实际的临界转速,需要结合动态运行试验的方法进行确定。
【学位授予单位】:上海大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TH113

【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
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【相似文献】
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9 张海杰;轴承对高速电主轴静动刚度影响的研究[D];兰州理工大学;2011年
10 陈碧莹;木工机械用高速电主轴热态特性分析及应对措施[D];广东工业大学;2011年
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