热力耦合作用下高速电主轴动态特性研究

题名	热力耦合作用下高速电主轴动态特性研究
作者	成彦伟
导师	雷春丽 ; 王鹏
答辩日期	2019
学位名称	硕士
关键词	电主轴角接触球轴承热力耦合动态特性有限元法
摘要	高速度和高精度是现代制造业的主要发展趋势,高速电主轴是实现高速加工和高精度加工的核心部件,其性能高低反映了高速机床的整体发展水平。电主轴单元的动态性能,对工件的加工精度和表面质量以及机床的生产效率都有重要影响。电主轴在高速运转时,其轴承零部件由于受离心力、陀螺力矩和温度的变化而引起的变形,不仅影响电主轴的加工精度、承载能力和使用寿命,而且很大程度上影响了电主轴的使用功能,更限制了电主轴向更高水平的发展。本文以某型电主轴为研究对象,考虑热效应和高速效应引起的轴承和主轴变形,结合修正的轴承拟静力学模型,建立电主轴动力学模型。通过数学建模、MATLAB编程计算、数值分析和实验研究的方法,分析电主轴支撑轴承热动态特性参数变化规律,研究电主轴转子-轴承系统在热力耦合作用下的动力学行为。主要内容有:1.建立了电主轴单元有限元模型。根据电主轴单元结构尺寸,建立电主轴实体模型;同时,根据电机、轴承生热方程和各零部件的热传导、热对流等热传递计算公式,结合电主轴单元的边界条件,采用有限元分析软件模拟系统的温度场,得到主轴及轴承各部件的温升值,并通过实验验证,最后计算其热变形量。2.建立修正的角接触球轴承拟静力学模型。在分析计算电主轴热平衡温度场及轴承热变形的基础上,基于经典Jones轴承模型,考虑由离心力引起的轴承内圈径向变形量以及由温升引起的轴承各部件热变形量,建立修正的轴承拟静力学模型。在该模型中,计算各种载荷作用下轴承滚动体与内外滚道间的接触载荷、接触变形及接触角的变化情况;研究预紧力对电主轴支撑轴承动态特性参数的影响,进一步得到在计入各种变形时轴承的动态支撑刚度。3.提出热力耦合效应下主轴-轴承系统的动力学计算方法。考虑滚动体离心力和陀螺力矩对轴承动态支撑刚度及对主轴-轴承系统动力学特性的影响,同时考虑热效应对主轴、轴承热变形的影响,在修正的轴承及转轴模型基础上,基于Timoshenko梁理论,建立热力耦合效应下的主轴-轴承系统动力学模型。研究了电主轴轴承热变形及动态支撑刚度对电主轴主轴-轴承系统固有频率及临界转速的影响,并对影响主轴-轴承系统固有频率的因素进行了深入探讨,分析了主轴-轴承系统的动态响应,为电主轴的设计和结构优化提供理论依据和数据支撑。
页数	75
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语种	中文
收录类别	CNKI
中图分类号	TH133.3
文献类型	学位论文
条目标识符	https://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/94857
专题	兰州理工大学
作者单位	兰州理工大学
第一作者单位	兰州理工大学
推荐引用方式 GB/T 7714	成彦伟. 热力耦合作用下高速电主轴动态特性研究[D],2019.