陶瓷球轴承高精密电主轴临界转速分析

主要研究陶瓷球轴承高精密电主轴动态性能。首先简化并建立轴承—转子系统模型,然后根据电主轴高精度要求选择合适的预紧力,并计算出前后轴承的径向刚度;将所建模型导入软件,根据径向刚度值进行模态分析,结果可以看出所设计电主轴在实际运转中不会产生共振;最后分析出电机转子安装位置变化对临界转速的影响不大,并对比跨距和悬伸量两个模态参数对临界转速的影响,跨距影响最大,悬伸量次之,而安装位置影响最小。该研究为电主轴的设计提供良好的理论依据。     

电主轴整机高速转速临界特性研究

基于整体传递矩阵法与滚动轴承分析理论,首次建立了高速电主轴整机三转子耦合动力学模型。以某款立式铣削用电主轴为例,完成其临界转速特性计算,并将整机三转子耦合动力学模型计算结果与传统的单转子、双转子模型的计算结果进行对比分析,最后完成了电主轴系统结构参数对临界转速的灵敏度分析。研究结果表明：较传统的单转子、双转子模型相比,提出的整机三转子耦合动力学模型能更好地描述电主轴动力学行为;在电主轴结构参数中,轴承的轴向预紧力、轴承跨距、电机转子内径是影响电主轴临界转速特性的主要因素。     

轴承预紧力作用下电主轴系统动力学特性研究

考虑轴承预紧力这一非线性因素对轴承支承动态刚度的影响,建立了磨削电主轴系统动力学模型。在转子系统中考虑由于转子质量偏心而产生的不平衡力,采用数值积分方法研究电主轴转子系统在轴承不同预紧力、不同转速下系统的非线性动力学行为。结果表明:轴承预紧力是影响电主轴转子系统非线性动力学特性的一个重要因素,合理的选择转子系统的工作参数,可提高系统的稳定性。     

高速电主轴转子-轴承-外壳系统动力学特性研究

高速深孔磨削加工电主轴采用加长悬臂外壳,其在力作用下的挠性变形对电主轴的转子动力学性能的影响不可忽略,而传统电主轴转子动力学模型均将外壳简化为刚体,不能描述该类复杂结构电主轴的动力学行为.考虑外壳的挠曲变形,基于整体传递矩阵法和成对轴承分析理论,建立了电主轴转子-轴承-外壳系统动力学模型,提出了电主轴整机临界转速、电主轴轴端动态刚度的计算方法.通过算例系统地分析了电主轴外壳抗弯刚度、轴承选型等对电主轴动态特性的影响;研制了高速内圆磨削电主轴试验样机,开展了电主轴轴端动刚度的试验验证.结果 表明:建立的电主轴转子-轴承-外壳系统动力学模型计算精度高,可用于深孔磨削加工电主轴的动力学特性分析;电主轴外壳悬臂端是主轴动态薄弱环节,采用非同心圆环的增强外壳能明显提升电主轴的临界转速与动态刚度;选用特轻系列轴承替代轻系列轴承,电主轴的一阶临界转速和轴端静刚度均有所增大.     

整体式离心压缩机高速轴转子动力学分析

为了提高整体离心式压缩机高速齿轮轴转子的稳定性与可靠性,通过专业转子动力学分析软件建立了高速轴转子的动力学模型,分析叶轮与轴承等因素的变化对转子动力学性能的影响。通过增加叶轮转动惯量,减小叶轮质量、叶轮质心与轴承间距,增加齿轮箱轴承跨距、增大轴承轴颈与轴承刚度等措施可提高转子的一阶临界转速;通过增加叶轮转动惯量,减小叶轮质量、叶轮质心与轴承间距,减小齿轮箱轴承跨距、轴承轴颈,增大支承轴承刚度等措施可提高转子的二阶临界转速。反之则降低转子的一阶、二阶临界转速。     

高速电主轴动态特性研究

作为数控机床的核心功能部件,高速电主轴的动力学特性直接影响着工件的加工精度。建立了高速电主轴的轴承-转子动力学模型,计算了角接触球轴承的动态支承刚度和轴承-转子系统的固有特性,并且研究了不同转速下轴承支承刚度对系统固有频率的影响。以2GDZ60型高速电主轴为研究对象,测试了系统的1阶固有频率和2阶固有频率,与理论计算值相比较误差较小。     

基于ANSYS的磁悬浮轴承转子系统的动力学特性研究

针对一个实际应用的磁悬浮支承柔性转子系统,进行多组参数条件下的有限元模态分析,分别得到系统的前8阶临界转速与模态振型。将有限元计算结果与试验结果进行对比分析,验证了有限元分析的正确性。通过对该磁悬浮转子系统的有限元分析表明:"轴承主导型"的低阶临界转速及振动模态是由轴承控制器各控制通道决定的;而"转子主导型"的高阶临界转速及振动模态符合传统的轴承转子系统动力学特性普遍规律。     

机床电主轴有限元建模与优化设计

根据几何参数和简化原则建立电主轴实体模型。采用滚动轴承拟静力学模型准确计算轴承刚度,建立主轴-轴承系统有限元模型,设计模态测试实验较好地验证了仿真结果。基于主轴有限元模型,以主轴转子外圆直径、内孔直径、悬伸量、支承跨距以及轴承配置形式为设计变量;以主轴转子一阶固有频率最大和质量最轻为优化目标;以主轴转子前端静变形、最大应力、主轴各段尺寸均在限定范围内为约束条件,对电主轴转子进行优化设计。将提出的优化方法应用于某磨齿机电主轴,优化后主轴一阶固有频率提高33%,质量减轻21%,实现了电主轴高刚性和轻质量优化目标,为电主轴数字化设计提供技术支持。     

支承方式对转子动力学特性影响研究

高速永磁同步电机在运转时很容易接近临界转速而产生共振现象,引发噪声,甚至损坏电机,而支承方式是影响转子动力特性的重要因素.针对这一问题,对燃料电池空气压缩机用永磁同步电机的转子动力学特性进行研究.建立高速转子系统的动力学特性分析有限元模型,基于ANSYS workbench仿真计算轴承刚性支承和弹性支承时转子系统的振型、固有频率和临界转速,得到坎贝尔图;求解不同轴承支承刚度下转予系统的动力学特性,总结了临界转速及其避开裕度的变化规律,可为转子系统的动力学设计提供理论支持.     

考虑支承跨距的非线性转子系统动力学特性研究

根据主轴变形几何模型求得主轴前端总位移关系式,依据前端最小位移确定主轴的最佳支承跨距,进而建立了考虑支承跨距的转子轴承系统非线性动力学模型.运用数值积分方法,给出最优跨距支承下转子系统的非线性动力学响应,采用轴心轨迹、相图及Poincar6图分析了转速对系统动力学响应的影响.结果表明:当转子轴承系统在最佳支承跨距下运行时,呈现出良好的系统稳定性.