电主轴单元结构及静动态性能的研究

论文摘要

高速加工技术给机械制造业带来了一场影响深远的技术革命,在实际生产中取得了显著的经济效益。高速加工技术的发展与应用,必须有性能优良的高速加工机床,作为其关键功能部件的高速电主轴单元,在很大程度上决定了高速加工机床的工作性能,因而对电主轴单元的结构及直接影响加工精度和加工质量的电主轴单元的静动态性能进行研究具有十分重要的价值与意义。本文结合车削用电主轴的结构对电主轴单元中关键技术(轴承、润滑、动平衡、过盈联结)进行理论分析与计算,研究电主轴单元结构设计的合理性；从主轴、轴承及装配工艺等方面分析对电主轴单元旋转精度的影响,并研究定向装配工艺对旋转精度的影响,提出获得较高旋转精度的方法；对电主轴单元的刚度进行理论计算和有限元分析,验证所建立的电主轴单元三维有限元模型的合理性,分析提高主轴单元刚度值的具体措施；通过对常用传递矩阵法和有限元法的比较,确定采用有限元软件ANSYS分析电主轴单元的动态特性,计算电主轴单元的低阶固有频率及对应振型并进行谐响应分析,对电主轴单元关键部位(主轴端点、转子中点)的响应位移进行分析,确定结构具有良好的动态性能,验证其设计的合理性。本文以车削用电主轴为例对其结构及静动态性能进行了研究,分析方法具有一定的实用性和借鉴意义,对电主轴单元结构设计及性能分析提供了一些有价值的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外电主轴研究现状
• 1.2.2 国内电主轴研究现状
• 1.2.3 主轴单元静动态特性的研究方法
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 电主轴单元结构的分析
• 2.1 电主轴单元结构
• 2.2 电主轴轴承技术
• 2.2.1 电主轴主要支承类型
• 2.2.2 电主轴的润滑
• 2.3 电主轴的动平衡技术
• 2.4 过盈联结设计
• 2.5 小结
• 第三章 电主轴单元旋转精度的分析
• 3.1 旋转精度概述
• 3.2 轴承对主轴单元旋转精度的影响
• 3.2.1 滚动轴承精度的选择
• 3.2.2 滚动轴承滚道的影响
• 3.2.3 滚动轴承间隙的影响
• 3.3 主轴对旋转精度的影响分析
• 3.3.1 电主轴的主轴技术
• 3.3.2 主轴对旋转精度的影响
• 3.4 主轴单元的装配和调整对旋转精度的影响
• 3.4.1 主轴端径向跳动的计算
• 3.4.2 定向装配法
• 3.5 小结
• 第四章 电主轴单元的刚度分析
• 4.1 刚度概述
• 4.2 主轴单元刚度的理论计算
• 4.2.1 主轴引起变形量的确定
• 4.2.2 轴承引起变形量的分析
• 4.2.3 主轴单元的径向刚度
• 4.2.4 主轴单元的轴向刚度
• 4.2.5 预紧力对轴承径向刚度的影响
• 4.3 主轴单元刚度的有限元分析
• 4.3.1 建立分析模型
• 4.3.2 加载、约束
• 4.3.3 静力分析的求解
• 4.4 提高主轴单元刚度的措施
• 4.5 小结
• 第五章 电主轴单元动态性能的研究
• 5.1 动态性能研究内容和方法
• 5.1.1 模态分析
• 5.1.2 谐响应分析
• 5.1.3 研究方法
• 5.2 电主轴单元的模态分析
• 5.2.1 模型简化及网格划分
• 5.2.2 加载及求解
• 5.2.3 临界转速分析
• 5.2.4 轴承预紧力对固有频率的影响
• 5.3 电主轴单元的谐响应分析
• 5.3.1 激振力的确定
• 5.3.2 谐响应求解及分析
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读学位期间发表的学术论文目录