基于轴承运行刚度分析的超高速磨削电主轴动态特性

高速电主轴正朝着高速重载与超高速轻载的方向发展,其动态特性研究是电主轴开发的关键技术之一.主轴超高速运行时轴承刚度的确定是整个研究过程的难点所在.基于滚动轴承的拟静力学模型,计算轴承的动态刚度,并考虑转速、初始预紧力、热预紧力及油膜厚度对轴承刚度的影响,确定出轴承的运行刚度.再以轴承运行刚度作为主轴支撑刚度,建立面向高速电主轴动态性能分析的参数化有限元模型,对主轴动态特性进行分析.分析结果表明,初始预紧力、砂轮悬伸长度、前后轴承跨距、前轴承对间距及电机转子内径等参数是影响磨削电主轴动态特性的关键因素.     

混合预紧下高速电主轴涡动频率的理论研究

为了有效预测并控制高速电主轴的支撑刚度和临界转速,建立了角接触球轴承在混合预紧机理下的数值计算模型,对主轴系统进行有限元建模,耦合轴承组模型与转轴模型构成转轴-轴承模型.通过对整体模型计算获得主轴系统的动态特性参数,将结果反代入整体模型,进而进行循环迭代,从而研究主轴涡动频率.制定转轴-轴承模型动力学计算流程,研究了电主轴在不同工况下轴承支撑刚度和涡动频率等动态特性.理论计算结果表明:与传统计算方法相比,所建模型计算电主轴在高速运转时的动态特性具有更高精度.采用合理的预紧方式和预紧力有利于提高主轴系统在高速运转时的临界频率.     

陶瓷轴承电主轴的模态分析及其动态性能实验

目的 通过对实验室高速精密磨床用陶瓷轴承电主轴的动态特性的研究,验证电主轴结构设计的合理性.方法 在Ansys中建立了相应的轴承-主轴系统三维有限元模型,采用了Subspace模态提取法对主轴部件进行模态分析,计算主轴前5阶固有频率、振型和临界转速,并利用锤击法对陶瓷轴承电主轴进行动态响应实验.结果 Ansys的模态分析法得出的固有频率与动态响应实验得出的频率基本一致,主轴工作转速远离其临界转速,能有效避开共振区,保证了磨床的磨削精度.结论 通过模态分析法,可以看出Ansys对电主轴的动态仿真和计算有一定的指导意义.也为下一步的谐响应分析打下基础.     

高速电主轴轴承温度预测与温升影响因素分析

高速电主轴轴承在运转过程中产生大量的摩擦热,而轴承温度是影响主轴系统刚度和精度的主要因素。通过高速电主轴空载运转实验,测试了在不同转速下主轴轴承的温度,获得了151组温度值;基于BP神经网络,对每个测试点温度,利用前100个温度数据进行网络构建和训练,求解了后51个数据的误差绝对值累积和,网络训练结果表明所建立的BP神经网络泛化能力强;进行了5种工况的温度预测,其预测结果表明温度预测值与实验值绝对误差小,精度高。此外,文章还分析了轴承的预紧力、主轴转速及润滑油的黏度对轴承温升的影响,其分析结果表明主轴转速是影响轴承温升的主要因素。     

高速电主轴动态特性仿真分析

在有限元软件ANSYS中对某高速磨削电主轴直接进行动力学有限元三维建模,并通过对模型较精确的单元网格划分,利用ANSYS结构动力学模块对电主轴的主轴部件进行模态分析和谐响应有限元仿真,计算了主轴前六阶的固有频率、临界转速和振型等动态特性,并进一步对主轴前端面的动态响应位移做了研究分析,结果验证了主轴结构设计的合理性,同时也为电主轴更深层的动态特性分析提供了重要参考。     

高速铣床主轴⁃轴承的振动特性分析

主轴是高速铣床的核心部件,其动力学特性直接影响铣床的加工精度。以德国GMN某型高速铣床电主轴为例,采用有限元方法,建立了主轴⁃轴承系统的有限元模型,研究了主轴的固有振动特性,分析了轴承刚度对主轴固有振型和临界转速的影响。在此基础上,研究了高速主轴的不平衡响应特性,分析了不平衡量大小和位置等因素对主轴振动敏感度的影响规律,发现主轴两端不平衡响应敏感,尤其是连接刀具的一端振幅明显,研究结果可为高速机床主轴系统的动力学设计提供一定的参考。     

高速电主轴热态特性与动力学特性耦合分析模型

针对高速电主轴的耦合分析,考虑到结合面接触热阻和润滑剂黏温变化对其热态特性影响的同时,以轴承拟静力学模型描述了径向刚度函数,建立了一种高速电主轴热态特性与动力学特性耦合分析模型.分析了轴承离心力软化效应和热诱导预紧力硬化效应联合作用下的支撑刚度变化规律及其对主轴系统动力学性能的影响.仿真分析与实验结果验证了本文模型的有...     

全陶瓷主轴-轴承单元的动力学研究

目的研究全陶瓷电主轴预紧力与固有频率的关系,为优化预紧力提供软件分析模型.方法应用赫兹理论计算出在全陶瓷角接触球轴承预紧后的接触应力,接触变形和静接触刚度的数值解,同时在改进传统的弹簧阻尼式主轴动力学软件仿真分析模型的基础上,计及轴承预紧后轴承的静接触刚度,以全陶瓷主轴-轴承单元为研究对象进行有限元结构分析,所得结果通过赫兹计算分析的数值解矫正,分析其动力学特性.结果全陶瓷主轴-轴承单元模型通过模态分析所得三阶固有频率和振型与模态实验分别相差19.59%、1.27%、16.06%;而电主轴传统分析模型所得三阶固有频率和振型与锤击实验分别相差24.39%、14.47%、33.78%.结论通过实验数据验证,全陶瓷主轴-轴承单元模型在分析全陶瓷电主轴动力学特性上更接近模态实验的结果,能够得到更为准确的固有频率和振型.     

KD2570-E电主轴临界转速计算及振动分析

电主轴是高速数控机床的核心部件,机床加工过程中电主轴的跳动和振动直接影响到产品的加工精度和电主轴的寿命,故对电主轴的振动状态分析尤为重要。基于传递矩阵,用普劳尔迭代计算了KD2570-E电主轴临界转速,分析了机床工作过程中引发电主轴机械振动的主要原因,并提出了相应减小振动的对策。     

基于传递矩阵与有限元法对陶瓷电主轴转子动态特性的分析

目的求解170SD30-SY无内圈陶瓷电主轴转子的固有频率,分析转子动态特性．方法利用Prohl传递矩阵法、有限元法对陶瓷电主轴转子进行了固有频率的计算和仿真分析,并绘制位移与频率、刚度与频率曲线,对陶瓷电主轴转子动态特性进行分析．结果通过Prohl传递矩阵法求解的结果与有限元仿真结果对比,固有频率误差最大为12％,有限元分析得出转子前四阶振型,主轴前端振动范围及刚度与固有频率的变化趋势,从而便于研究预紧与振动之间的关系．结论通过计算与仿真验证,证实两种方法的可行性及有限元法便于求解分析,得出陶瓷电主轴的固有频率高于普通钢轴,增加刚度有利于固有频率的提高,为陶瓷电主轴转子的动态特性分析提供充分依据．     

Static and dynamic finite element analysis of 304 stainless steel rod and wire hot continuous rolling process

Three-dimensional finite element models were developed to analyze 304 stainless steel rod and wire hot continuous rolling process with the help of MSC.Marc software. The entire 30-pass deformation process and the actual parameters of production line were taken into account. Static and dynamic procedures were used to study the continuous rolling process with the aid of the thermo-mechanical coupled FEM of elastic-plasticity. The properties of billets, such as deformation, temperature field and rolling force, were mainly discussed. The simulation results of temperature agree well with the measured values. Comparisons of the analysis results obtained using static implicit method and dynamic implicit method were presented. It is shown that static implicit procedure is more accurate than dynamic implicit procedure and is able to simulate the rolling process with a lower speed, such as a roughing mill. Whereas, dynamic analysis shows a higher efficiency than static analysis and is fit for simulating the rolling process with a higher speed, such as a finishing mill.     

压电直接驱动式伺服阀

介绍了一种利用压电陶瓷直接驱动的压电伺服阀,其机械结构简单、抗干扰能力强,具有高于传统电磁式伺服阀的频宽和分辨率。应用有限元法分析了柔性铰链的结构特性,对压电叠堆的静、动态特性进行了理论分析,并制造了压电直接驱动式伺服阀样机,进行了静、动态性能测试。测试结果表明:该压电伺服阀可以满足现代精密高速控制系统的需要。     

微/纳米定位平台的桥式机构静、动态优化设计

为了解决桥式机构静态性能与动态性能相互制约问题,应用伪刚体模型法,建立桥式机构的静、动力学模型,分析表明:柔性板簧厚度越小、长度越长,桥式机构的静态性能越好,但动态性能就越差;动态性能主要受柔性板簧厚度影响,板簧长度对其影响不大.为了优化桥式机构的静、动态性能,建立该机构总性能的优化模型,并对柔性板簧厚度、长度等几何特征参数进行了优化设计.应用ANSYS,对优化前、后的机构进行了仿真分析,并对机构的静、动态性能进行了试验,结果表明:优化后机构的稳态时间减小为0.032s,比优化前ANSYS仿真缩短了80%,微位移输出减小了40.2%,优化后机构总性能达340.75mm·Hz,比优化前ANSYS仿真提高了74.53%.     

“箱中箱”结构立滑板的有限元分析及其优化设计

为了提高机床"箱中箱"结构立滑板的动静态特性,增强机床整机的刚性,在CAD/CAE集成仿真设计平台下,对立滑板分别进行静力学和模态分析,结果表明Y、X向的静刚度有待提高,凸振和摆动较为明显。对此,设计4种改进的立滑板,提出基于模糊变换的动静态性能综合评价法,并从中优选出最佳的改进方案。对改进后的立滑板进行动态优化设计,得到最优的立滑板结构。研究表明:对立滑板进行结构改型和尺寸优化设计能有效地提高动静态性能。     

基于MRAS磁链观测、转速估计的无速度传感器异步电机矢量控制系统

针对传统矢量控制系统磁链观测不准,且需要速度传感器的问题,提出了一种基于MRAS磁链观测、转速估计的无速度传感器异步电机矢量控制系统。介绍了磁链观测、转速估计的MRAS结构,并运用Popov超稳定理论推导出了其对应自适应律,建立了实验系统。实验结果表明,该矢量控制系统在启动、调速、稳态运行时具有良好的静、动态性能,是一种高性能的交流调速系统。     

Dynamic Shafting Alignment Algorithms Considering Sensitivity Analysis and Its Application

A method for dynamic alignment calculation of a large turbogenerator shafting is proposed. The method can analyze bearing load and bearing load sensitivity. Shafting alignment is made up of two parts:static alignment and dynamic alignment. Static alignment forms the basis of dynamic alignment, its mathematical model is deduced by transfer matrix method, the shafting static characteristic parameters under specific alignment installation requirements were obtained afterwards. Based on superposition method, bearing sensitivity analysis is performed to find the impact of slight bearing elevation change of the static alignment result. Above static alignment, dynamic shafting alignment considers the internal geometry of bearing under rotating state, static Reynolds equation is solved by the finite difference method and the relative position relationship of the center of journal and bearing are obtained. For static characteristic parameters calculated by static alignment and bearing sensitivity analysis, the calculation accuracy is verified by finite element software. The alignment model and codes in this paper can be a tool for the installation and safety analysis of large-scale shafting with three-point or four-point supports.     

基于转子磁场定向的三相异步电动机变频调速系统

文章针对三相异步电动机变频调速系统需满足的性能指标,采用转子磁场定向简化电机的控制,设计了基于非线性解耦方法的电流控制器,实现了定子电压的解耦;利用电流模型估计磁链,设计了三个闭环的电流调节器、磁链调节器和转速调节器,实现电流幅值和相位的准确跟踪以及速度的准确控制;根据设计的系统研制了样机,并进行了性能实验测试。实验结果表明,设计的控制系统具有良好的动、静态特性,控制方案可行,可应用于实际工业现场。     

基于FEM的数控弧齿铣齿机立柱结构静、动态设计

借助有限元分析软件,运用结构动态设计原理和基于有限元法的变量化分析技术对数控弧齿铣齿机立柱部件进行动、静态特性分析,并以立柱结构的侧板宽度为几何参数进行灵敏度分析,找出原设计中的不足,并在结构及尺寸上加以改进．结果表明,改进后立柱的动、静态性能得到显著的提高,为机床设计和改造提供了依据．     

Effective loading algorithm associated with explicit dynamic relaxation method for simulating static problems

Based on the fact that a static problem has an equivalent wave speed of infinity and a dynamic problem has a wave speed of finite value, an effective loading algorithm associated with the explicit dynamic relaxation method was presented to produce meaningful numerical solutions for static problems. The central part of the explicit dynamic relaxation method is to turn a time-independent static problem into an artificial time-dependent dynamic problem. The related numerical testing results demonstrate that: (1) the proposed effective loading algorithm is capable of enabling an applied load in a static problem to be propagated throughout the whole system within a given loading increment, so that the time-independent solution of the static problem can be obtained; (2) the proposed effective loading algorithm can be straightforwardly applied to the particle simulation method for solving a wide range of static problems. Foundation item: Projects(10872219; 10672190) supported by the National Natural Science Foundation of China     

RC框架静力与动力弹塑性分析的比较研究

介绍了静力与动力弹塑性分析的基本原理和分析方法．采用Perform-3D软件对1幢8层钢筋混凝土框架结构分别进行了静力和动力弹塑性分析．通过比较分析结果,对于多层质量刚度分布均匀的框架结构,静力与动力弹塑性分析计算的最大层间位移角基本接近,但静力弹塑性计算结果略偏保守．