高速电主轴滚珠轴承-转子系统动态性能分析

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1、硕士学位论文高速电主轴滚珠轴承-转子系统动态性能分析DYNAMICANALYSISOFHIGHSPEEDELECTRICSPINDLEBALLBEARINGS-ROTORSYSTEM张阿祺哈尔滨工业大学2015年12月国内图书分类号：TH133.37学校代码：10213国际图书分类号：621.8密级：公开工学硕士学位论文高速电主轴滚珠轴承-转子系统动态性能分析硕士研究生：张阿祺导师：杜建军副教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2015年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH133.37U.D.C

2、:621.8DissertationfortheMasterDegreeofEngineeringDYNAMICANALYSISOFHIGHSPEEDELECTRICSPINDLEBALLBEARINGS-ROTORSYSTEMCandidate：ZhangAqiSupervisor：AssociateProf.DuJianjunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateof

3、Defence：December,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要先进制造技术一词首次出现是在上世纪80年代初，此后先进制造技术逐步取代机械制造技术。它是将各方面技术交错集合而成的，并应用于产品生产制造的全过程，先进制造是以产品设计制造为核心、以机电一体化为基础的一门综合技术，将信息技术、通讯技术、电子技术等多方面融合到制造技术里面，成为具有一定智能化的自动化制造技术。电主轴技术是先进制造技术的基础，是高速数控机床和高速加工中心等精密加工机

4、床的核心部件，对产品的加工效率和零件的加工精度有着显著的提高。精密机床主轴的工作转速都很高，接近于系统的临界转速，此时对系统的支承轴承要求也比较高，轴承的极限转速设计要符合电主轴的性能要求。高转速下的角接触轴承和转子系统的动态性能对机床电主轴的加工性能影响非常大，从而提出了分析高速电主轴轴承-转子系统的动态性能的要求，对系统的固有频率进行分析，并研究临界转速和不平衡响应的影响因素，以便优化电主轴结构设计，提高电主轴的性能。本文的研究对象是高速电主轴滚珠轴承-转子系统，运用有限元法划分主轴转子单元，通过数学建模、MATLAB程序编写、数值分析、动态分析等方法进行研

5、究，并且运用转换变量和改变编程思维降低求解难度、提高求解速度，分析了高速角接触球轴承的内部动力学性能和系统动态性能。本文针对角接触球轴承的基本结构特点以及工作原理和高速电主轴球轴承的几何变形建立Hertz接触数学分析模型，完成轴承在静载荷作用下或者低速状态下的力学性能分析。在静力分析得出的初始数据的基础上，通过高速状态下的内部动力学分析得出高速状态下轴承内部动力学性能参数值并绘制图形进行分析，分析结果表明，轴承的内部动力学状态影响是不可忽略的，关系着系统的固有频率、临界转速和不平衡响应的变化。最后对系统的性能进行分析，结果表明，预载荷对系统的固有频率、临界转速、

6、轴端不平衡响应等影响较大，一定程度预载荷的增加有利于系统的动态性能的提升。适当减小轴端零件的质量和转子外伸长度，有利于系统动态性能的提高，转子的支承跨距对系统性能的影响出现了一个峰值，可以考虑选取附近的值作为系统的支承跨距。最后，通过这些分析对电主轴设计优化和改良提出建议。关键词：高速电主轴；角接触球轴承；有限元；动态分析-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractIntheearly1980s,theadvancedmanufacturingtechnologyfirstappeared.Gradually,theadvancedmanufacturi

7、ngtechnology,whichcross,fuseandintegrateallthevariousaspects,hadreplacedthemechanicalmanufacturingtechnology.Theadvancedtechnologywhichincludesmachinery,electronics,energy,informationandmaterials,isusedinthewholeprocessoftheproductsmanufacturing.Thedesignandmanufactureoftheproductsar

8、eseenasthece