考虑轴承磨配间隙的高速电主轴静动态特性分析

摘要

随着高速加工技术的快速发展和成功应用，人们越来越重视对高速主轴系统的研究。电主轴将机床主轴和变频电动机合二为一，摆脱了传统的皮带或齿轮传动，实现了机床主轴系统的“零传动”，因此，也被称为内装式电主轴。主轴单元是数控机床最重要的功能部件，其性能优劣对数控机床的工作精度和加工质量有着直接的影响。高速电主轴轴承组经过万能组配可能使内圈之间或外圈之间存在间隙即磨配间隙，这会对主轴的工作特性产生一定影响。因此，对主轴单元进行动、静态特性研究具有重要意义。
　　本文首先利用哈尔滨工业大学高速滚动轴承性能预测分析软件，分析不同工况下角接触轴承的拟动力学特性，得到了轴承的动、静刚度。
　　然后利用ANSYS研究了GDZ-60型电主轴的支撑轴承在正常磨配和存在磨配间隙两种情况下轴承刚度对主轴系统动、静态特性的影响。在主轴前端轴承组正常磨配下，静力学特性分析得到主轴静刚度随着轴承预紧力的增大而增大；主轴模态分析得到主轴的固有频率和主要振型；主轴谐响应分析得到主轴前端径向跳动与磨配间隙的关系，进而求得主轴的动刚度。以主轴刚度为目标函数对主轴进行优化设计，优化后主轴的动刚度提高了大约30％。
　　当主轴前端轴承组存在磨配间隙时，对主轴分别进行静力学和动力学分析，得到主轴静、动刚度，与正常磨配下主轴刚度比较表明：轴承组外圈磨配间隙对主轴的静动态特性影响较大。研究了轴承存在最大磨配间隙下轴承保持架打滑率和轴承寿命，结果表明：磨配间隙的出现不会使轴承引起保持架打滑，对轴承的寿命影响较大。考查了前端轴承组在单-双轴承切换状态下主轴的动、静特性，结果表明：轴承组外圈磨配间隙对主轴动刚度影响显著。

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第1章 绪 论

1.1 课题的来源及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 基于轴承非线性刚度的高速主轴静态特性分析

2.1引言

2.2 GDZ-60E电主轴的结构分析

2.3 角接触轴承输入参数设定及刚度计算

2.4 主轴单元的静态特性分析

2.5 电主轴静刚度计算

2.6 本章小结

第3章 高速主轴的动态特性分析

3.1 引言

3.2主轴单元三维设计的有限元建模

3.3主轴单元的模态分析

3.4 主轴单元的谐响应分析

3.5 主轴轴承配置位置的优化设计

3.6 本章小结

第4章 轴承磨配间隙对主轴静动态特性的分析

4.1 引言

4.2 轴承磨配间隙的主轴静态特性分析

4.3 轴承磨配间隙的主轴模态分析

4.4 轴承磨配间隙的主轴谐响应分析

4.5 主轴前端单-双轴承切换的临界状态分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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