高速電主軸、軸承系統(tǒng)

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1、高速電主軸.軸承系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)這一技術(shù)簡(jiǎn)要提出了一種傳統(tǒng)的基于傳遞矩陣法(TMM)和Jones-Harris非線性滾動(dòng)軸承動(dòng)態(tài)模型來(lái)研究結(jié)構(gòu)參數(shù)的擴(kuò)展對(duì)高速電主軸、軸承系統(tǒng)的振動(dòng)特性的影響。第一臨界轉(zhuǎn)速和高速屯主軸、軸承系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)剛度的系統(tǒng)研究。結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)靈皺度分析是進(jìn)行識(shí)別影響軸、軸承系統(tǒng)的第一臨界轉(zhuǎn)速的主耍因素。結(jié)果表明加工工藝，軸肩，電機(jī)尺寸，軸承布置對(duì)主軸的動(dòng)態(tài)特性影響很大。軸、軸承系統(tǒng)的傳遞矩陣法模型是在測(cè)量高速電主軸的整體動(dòng)態(tài)剛度下被證實(shí)過(guò)的。關(guān)鍵詞：電主軸，轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)，傳遞矩陣方法，滾動(dòng)軸承分析理論1?引言主軸系統(tǒng)是機(jī)床由于其動(dòng)態(tài)特性直接影響到加工效率和完成工件質(zhì)

2、量的最重要的部分之一。相當(dāng)多的研究有關(guān)機(jī)床主軸、軸承系統(tǒng)的建模已經(jīng)發(fā)表。Al-Shareef和布蘭登提出了早期的機(jī)床主軸的動(dòng)力學(xué)模型，他們使用影響系數(shù)的方法研究動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)變量對(duì)軸、軸頂系統(tǒng)的性能的影響，變量包括軸承剛度、驅(qū)動(dòng)輪的位置、工件質(zhì)量、引入阻尼的最佳位置和主軸與軸承Z間梯級(jí)的數(shù)量。最近，有限元法應(yīng)經(jīng)被廣泛地用在研究高速電主軸、軸承系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。影響主軸、軸承系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性的設(shè)計(jì)變量也已經(jīng)被討論,包括預(yù)加載，軸頸直徑，跨度比，軸承布置、支撐剛度，主軸長(zhǎng)度，主軸材料，等等。盡管有限元法可以用在解決軸、軸承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，盡管這種系統(tǒng)的質(zhì)量和陀螺矩陣在離散系統(tǒng)屮很容易獲得

3、，但是要寫(xiě)剛度矩陣或者合規(guī)矩陣是很麻煩或著說(shuō)很耗時(shí)的。為了避免這些困難，連同大的特征問(wèn)題有關(guān)的解決方案，可以應(yīng)用有限元法。反之把系統(tǒng)作為一個(gè)整體來(lái)解決，可以從某一點(diǎn)開(kāi)始研究，然后一步一步的進(jìn)行下去。普洛爾對(duì)傳遞矩陣法進(jìn)行了推廣，包括不僅可以用來(lái)研究門由旋轉(zhuǎn)和臨界速度的估算而且可以進(jìn)行不平衡響應(yīng)的估算。傳遞矩陣法用來(lái)處理相對(duì)小的矩陣并且對(duì)一般程序開(kāi)發(fā)非常省時(shí)。因此，這一技術(shù)簡(jiǎn)單的建立了一個(gè)采用傳統(tǒng)傳遞矩陣法和Jones-Harris滾動(dòng)軸承模型的曲球軸承支撐的高速電主軸的包括離心力和回轉(zhuǎn)的影響的耦合模型。一個(gè)擴(kuò)展的設(shè)計(jì)變量的靈墩度分析的設(shè)計(jì)是基于研究其對(duì)主軸、軸承系統(tǒng)的第一臨界轉(zhuǎn)速的

4、影響的開(kāi)發(fā)模型，一些冇價(jià)值的優(yōu)化策略在最大的改進(jìn)規(guī)則下已經(jīng)被提出。最后，軸、軸承系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)剛度的分析己經(jīng)通過(guò)了實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。2.動(dòng)態(tài)模型圖1(小給出了一個(gè)由主軸制造商提供的高速電動(dòng)磨的主軸、軸承系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子示意圖。主軸設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速高達(dá)51000轉(zhuǎn)/分，轉(zhuǎn)子是由兩對(duì)采用雙連續(xù)排列采用雙連續(xù)的排列面接觸球軸承支撐。前軸承和后軸承由一系列壓縮彈簧同時(shí)加載。軸承靠油/空氣潤(rùn)滑單獨(dú)冷卻。一個(gè)位于前后軸承之間的不可或缺的額定最大值為12千瓦的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)這個(gè)軸、軸承系統(tǒng)。磨具裝在主軸的端部。該系統(tǒng)的參數(shù)如表1所示。圖1(b)給出了高速電主軸、軸承系統(tǒng)的簡(jiǎn)化動(dòng)力學(xué)模型。傳子分為幾個(gè)部分,毎一部分建模為

5、一個(gè)兩端質(zhì)量集中的無(wú)質(zhì)量的彈性軸，電機(jī)轉(zhuǎn)子和砂輪建模為陀螺力矩的剛性磁盤來(lái)考慮。兩個(gè)前軸承和兩個(gè)后輪軸承簡(jiǎn)化的平移和扭轉(zhuǎn)彈簧以及阻尼器。protiTFontshaftMotorRearshaftbmwgsshoulderrotorshoulderArborLIGrindingwheelSpindlenose、\*、、◎\q2bearingsSpringpreload這個(gè)主軸、軸承系統(tǒng)的包括一階臨界轉(zhuǎn)速和整體動(dòng)態(tài)剛度的動(dòng)態(tài)行為已采用傳統(tǒng)傳遞矩陣法和Jones-Harris軸承模型來(lái)分析。借助MATLAB開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)程序。在這項(xiàng)研究中，只討論了第一臨界速度,它基于主軸的最大運(yùn)行速

6、度不超過(guò)70%的第一臨界轉(zhuǎn)速這一事實(shí)；此外，在更高的要求屮臨界轉(zhuǎn)速過(guò)高而影響主軸的動(dòng)態(tài)行為。1129(EVN.OZ)Rvctispal0S020000400006000080000100000rotationalspeed(rpm)0200004000060000800001000C0rotationalspeed(rpm)(a)160z)

7、00100000rotationalspttd(rpm)00000rotation?lspeed(rpm)Lldd」jPQCDdco750匚一」0初」匚20304050607080Arbor'slength(mm)70000650006000055000500004500010(a)65000「■60000-550(fe-■50000-■45000-40000-■35000-■30000-1020304050607080(b)Arbor'slength(mm)圖3(a