水润滑高速电主轴动态特性分析

摘要

当今高速切削技术的发展和工业应用的推动，不断地给电主轴性能提出愈来愈高的要求，高速度、高精度、高刚度、高可靠性和长寿命等诸多近乎苛刻的使用性能要求，给电主轴的支承技术提出了新的挑战，传统的机床电主轴润滑不能满足愈加高速的机床发展要求。近年来水润滑技术凭借其优良的特性，已经得到大家的重视，将水静压轴承用于高速电主轴已经成为一种趋势。水润滑电主轴技术能否获得成功，并最终能走向工业应用，其关键就是应开展采用水静压轴承的高速电主轴的动态特性分析与研究。本文的研究工作主要集中在以下几个方面： 1. 基于传递矩阵建模方法和水静压轴承分析理论，设计水润滑磨削电主轴结构，建立了磨削用高速主轴转子.轴承系统动态特性的分析方法，开发电主轴临界转速的计算程序，分析主轴的临界转速和不平衡响应，并运用GUASS消去法求解。 2. 设计水静压轴承结构，根据静压轴承承载理论，初步分析轴承静动态特性，包括轴承静动态刚度和轴承的承载能力，对参数进行灵敏度分析选择最佳刚度的结构参数，向心轴承当小孔内径d<,c>=0.9mm，且出油间隙h<,0>=0.02mm时轴承刚度最高J<,0>=137.6931 N/μm；推力轴承当小孔内径d<,c>=0.7mm，且出油间隙h<,0>=0.01mm时轴承刚度最高J<,0>=359.6217N/μm，为最终设计轴承提供依据。 3. 采用整体传递矩阵法和水静压轴承分析理论相结合的办法，处理多转子耦合情况下电主轴临界转速和不平衡响应的计算。应用整体传递矩阵法按主轴实际装配结构，即主轴和静压轴承系统构成的内外转子系统，建立其动力学模型。在MATLAB平台上开发了基于GUI的计算水润滑磨削电主轴临界转速和不平衡响应的通用计算程序。 4. 介绍了水静压轴承刚度试验台的设计思想，模拟电主轴工作状态的结构条件，做出试验台结构草图，并且简化实际转子模型，计算轴承刚度并且与对整个转子进行动力学分析所得到的主轴端的刚度进行比较，判断试验方法的可行性。本文已经对水润滑磨削电主轴的动态特性以及应用的水静压轴承的动态特性进行了分析，通过软件确定了轴承的结构参数，并且介绍轴承刚度试验台设计思想，为后续研究的进行奠定基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3论文的研究内容

第二章超高速磨削铣削电主轴的动力学建模

2.1概述

2.2电主轴系统临界转速分析

2.2.1计算方法

2.2.2通用计算程序开发思想

2.3电主轴不平衡响应与主轴端动、静刚度分析

2.3.1主轴不平衡响应计算

2.3.2通用计算程序开发

2.4本章小结

第三章水静压轴承结构参数优化设计

3.1静压轴承原理

3.1.1静压轴承系统介绍

3.1.2液体静压轴承的承载原理

3.2水静压轴承静态特性分析

3.2.1水静压向心轴承静态特性分析

3.2.2水静压推力轴承静态特性分析

3.3水静压轴承动态特性分析

3.3.1轴承系统的微分方程

3.3.2轴承系统的过渡特性分析

3.3.3轴承系统的动刚度特性分析

3.3.4轴承系统的稳定性分析

3.4本章小结

第四章水润滑电主轴动态特性分析

4.1概述

4.2水润滑电主轴动力学建模

4.2.1动力学建模

4.2.2整体传递矩阵法计算临界转速

4.2.3不平衡响应计算

4.2.4主轴内外转子耦合系统的耦合支承刚度计算

4.3通用计算程序编写

4.4计算结果及讨论

4.4.1主轴临界转速分析

4.4.2主轴不平衡响应分析

4.5本章小结

第五章水静压轴承动态特性试验台设计

5.1概述

5.2水静压轴承试验台结构

5.2.1结构设计

5.2.2刚度测试方法

5.3水静压轴承试验台可行性分析

5.4本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

附录

参考文献

致谢

作者简介