基于小孔节流的静压油膜轴承动态特性分析

静压轴承的动静态特性在很大程度上受到节流装置的影响,以小孔节流的静压轴承为研究对象,开展其动态特性理论的研究。利用两平行平板缝隙液体流量公式推导了轴承油腔流出的流量数学模型,并充分考虑了主轴转子速度对流量的影响因素,使之更符合实际工况;在对小孔节流后流入轴承油腔的流量方程进行线性化处理的基础上,建立了静压轴承系统的流量连续性方程;结合轴承-主轴系统动力学方程,推导出小孔节流的静压轴承系统动态特性的传递函数,分析了小孔节流静压轴承系统的动态特性。结果表明:小孔节流的四油腔静压轴承动态响应速度在0.06~0.12 s范围内变化,增大供油压力、油腔承载面积、主轴转速及减小油膜粘度、油膜间隙等均有助于提高轴承系统的响应速度。研究结果对于指导工程设计具有一定的参考价值。     

小孔节流静压气体轴颈轴承主轴系统的动态特性分析

通过对小孔节流静压气体轴颈轴承的雷诺方程与描述主轴系统的动力学数学模型联立直接进行数值求解,分析了轴承系统的动力学特性,研究了在不平衡质量作用下轴承主轴系统的响应。结果表明,由于精密离心机小孔节流静压气体轴承的支承刚度大,承载能力高,旋转主轴的运动是稳定的。但在一定条件下,旋转主轴有可能出现不稳定现象,这取决于主轴绕固联坐标系各轴之转动惯量间的关系、轴承支承刚度、主轴旋转速度和不平衡质量控制等因素。该方法用于精密离心机静压气体轴承主轴系统动力学的数值计算,提高了计算精度和可靠性。     

液体静压主轴油膜滑移现象的分析及试验研究

针对液体静压主轴运动过程中动态特性问题,研究微尺度下油膜滑移对轴承承载力,刚度及动态刚度的影响。把微尺度下发生的速度滑移引入到油膜性能方程中,结合液体静压主轴系统平衡方程推导出了主轴系统承载力、刚度及动态刚度表达式,研究了油膜初期主轴静动态性能及油膜动刚度特性。从仿真结果中得到油膜滑移的发生使得承载力及刚度增大,最大刚度对应油膜厚度减小。最后刚度检测试验间接得出了实际主轴系统油膜流动过程中,存在油膜微滑移现象。本项研究为液体静压主轴微尺度下油膜滑移现象及性能的研究探索了一条新途径。     

气浮主轴轴向闭式支承系统静特性数值分析

求解气体润滑问题的最大难点在于如何获得雷诺方程的精确解。为了提高气浮主轴轴向支承系统的设计精度,在建立小孔节流气体静压止推轴承润滑数学模型的基础上,运用有限元方法对雷诺方程进行离散化。基于MATLAB7.0工具平台,采用超松弛迭代法,开发求解气体静压止推轴承压力方程与静特性的数值仿真软件。以某气浮主轴轴向闭式支承系统静特性参数设计为例,通过数值仿真,获得单侧止推轴承润滑气膜的压力分布,及不同节流孔直径与不同供气压力下的静特性性能;以刚度最大为优化目标,确定该气浮主轴止推轴承的结构参数与操作参数,并由此获得闭式支承系统的静特性。     

气体静压主轴模态仿真分析及试验研究

为准确获取气体静压主轴的动力学模态特性,分别建立主轴转子及主轴部件的有限元模型,对有限元模型中添加的弹簧及电机约束边界条件进行了研究,并分别对以上两个有限元模型进行模态计算。比较两种情况下的结构固有频率、振型趋势及各阶模态下的有效参与质量,分析主轴部件中的外壳对主轴转子模态参数的影响,其中仅保留主轴转子的前六阶固有频率为1.5 Hz、277 Hz、279 Hz、316 Hz、384 Hz、385 Hz,而主轴部件的前六阶固有频率为1.5 Hz、259 Hz、270 Hz、281 Hz、352 Hz、363 Hz,以上结果中均包含刚体模态及重根模态。两者比较结果表明主轴部件的固有频率因其质量的增加而有所降低,且主轴部件不再满足对称结构形式,因而相对于仅保留主轴转子重根模态的情况有所减弱。基于有限元仿真分析结果,进一步对主轴部件进行模态试验验证,通过仿真与试验对比,结果表明主轴转子的有限元仿真结果与试验测量结果更加贴近,其前三阶误差分别为0.6%、10.6%和2.6%。上述仿真边界条件的加载与计算过程及试验测试方法对进一步提高气体静压主轴模态参数仿真精度及修正动力学仿真模型提供了有益参考。     

气体静压轴颈轴承振动频率特性研究

针对气体静压主轴的运动特性和气体静压润滑轴承的参数结构，提出了采用质量一弹簧结构方法来等效气体静压轴颈轴承系统，并建立了系统二自由度运动方程，最终确定了系统的主坐标系和固有频率。仿真实验证明，当气源干扰力频率与系统的固有频率相等时，会发生共振现象，导致主轴中心运动轨迹发散。     

精密离心机静压气体轴承主轴系统的动力学特性分析

精密离心机静压气体轴承主轴系统的动力学特性分析是保障其标定加速度仪精度的重要研究课题。通过在 小孔节流静压气体轴承的雷诺方程式中加入节流孔的流量项,使计算得以简化;采用了泛函求极值法将二阶偏微 分方程离散化,用有限元法进行了承载能力和刚度的数值求解。把描述静压气体轴承工作的偏微分方程式(雷诺 方程)与建立的静压气体轴承主轴系统的动力学数学模型合并直接数值求解,提高了计算精度和可靠性。     

飞刀铣削中高速气浮电主轴转子动态特性研究

在实际的加工过程之中,加工表面的质量会由于转子振动而降低.多种作用力可导致转子振动,这些作用力包括不平衡磁拉力、加工过程中产生的切削力以及由于质量的不平衡分布导致的离心力.为深入分析这一问题,开展了气体静压轴承电主轴高速飞刀铣削过程中的转子动态特性研究.考虑上述作用力建立了一个五自由度的转子动力学铣削模型,并给出了不平衡磁拉力的计算公式;轴承的平移刚度、平移阻尼、角刚度和角阻尼的计算公式采用线性摄动法推导得出.转子动力学方程采用牛顿-欧拉方程推导得出,并利用特征方程、系统初始条件、阻抗法、状态空间模型等条件进行求解.对转子在空切削、不连续切削下的动态特性进行了数值仿真.研究发现,空切削时,转子形心的运动轨迹随运动状态变化,平稳状态时,在径向方向呈现为规则的圆形;切削过程中,主轴转子的振动特性受到转子质量偏心引起的离心力和周期性的切削力的共同影响.     

多因素影响下空气静压轴承静态特性分析及实验研究

由于空气静压主轴气膜厚度处于微米级别,而主轴中的不平衡现象会影响轴承内的气膜厚度变化,因而需要对各微尺度影响因素综合考虑,并对影响主轴不平衡的各因素进行充分考虑才能真实反映主轴内的气膜流动状态,仿真出轴承的静态性能。充分考虑影响主轴不平衡的各因素并对传统雷诺方程进行修正,研究黏度、流量因子、速度滑移3个微尺度因子及转子偏心和制造误差对轴承静态性能的影响,并通过实验验证从而实现对空气静压主轴静态特性的真实预测和分析。结果表明：3个微尺度因子中,速度滑移对轴承气体压力分布影响最大,同时考虑3个微尺度因子时更能反映轴承气膜流动真实状态;转子偏心与制造误差耦合时,随转子偏心率增大,轴承中各节流孔附近的气膜压力分布与气膜刚度差异越来越大,将严重影响轴承气膜刚度。     

运行工况下变风量空调机频率-静压-风速特性的测试和建模

根据变风量空调系统实际运行工况下测试的空调输入输出数据,分别采用数学回归方法和串并联辨识结构的神经网络的方法来建立变风量空调系统风机特性的模型,对所建立的几种模型进行误差分析,结果表明,采用动态的辨识模型仿真空调风系统可以取得很好的效果。     

正弦扭矩激励下单跨转子的电机电流特性

为了通过监测电机电流以实现转子系统扭矩激励的辨识与有关故障的诊断,建立了三相异步电动机——机械转子系统机电耦合模型,在mATLAB/Simulink环境下进行仿真分析,并运用Fourier变换对电机电流信号进行处理,研究了转子系统的正弦扭矩激励与其拖动电机电流的耦合特性。研究结果表明:所建立的机电耦合模型可以研究转子系统在正弦扭矩激励下电机电流的特性,并实现某一频率的正弦扭矩激励的辨识,为研究转子系统动力学设计和故障诊断提供理论依据。     

基于主轴转速的机床热误差状态方程模型

本文提出了一种基于主轴转速的机床热误差状态方程模型。该模型利用机床主轴转速而不是用机床温度场预报机床的热变形,因此极大简化了其应用。采用了连续系统状态空间模型辨识方法对状态空间模型进行辨识。实验结果表明状态空间模型可以满足要求,且优于直接利用最小二乘法对线性差分方程辨识所得的结果。     

基于轴承约束的再制造后机床主轴动力学性能分析

以轴承约束状态下的机床主轴为研究对象,首先基于梁理论建立了机床主轴的运动方程,并采用有限元法得到主轴的矩阵形式的动力学方程,并以自由模态和实际工况条件下进行轴承约束状态下的主轴的模态分析。通过分析可知主轴在高速运转时的振动特性,并提出了新的设想;通过所建模型的分析,提高了产品初设计的可靠性,从而简化了成本,缩短了设计周期。研究结果为机床主轴系统或重载机械主轴系统的进一步优化设计和精度控制提供依据。     

主轴转子系统动力学解析建模方法

传统上主轴转子系统动力学模型中的结合部接触刚度和阻尼系数常通过试验识别的方法来获取,针时该方法通用性差的特点,提出一种可以考虑刀具-夹套、夹套-刀柄以及刀柄-主轴结合部接触特性的主轴转子系统动力学解析建模方法。通过对各联接部件的受力分析,建立结合面接触刚度与各结合部夹紧力和几何参数间的影响关系;考虑到转子系统的轴向、径向和弯曲变形,采用均布2节点6自由度的弹簧-阻尼单元来建立结合部动力学模型;通过综合系统各部件和结合部的动力学方程参数,建立起主轴转子系统的动力学模型。以刀具-BT40刀柄-主轴为对象,进行模态测试。试验结果表明,结合部刚性处理时,系统的前三阶固有频率与试验值最大误差为21.7%;而结合部柔性处理时,系统前三阶固有频率与试验值最大误差降为4.8%,并且根据模型计算得出的刀尖点频响函数与试验测试能更好地吻合,验证了该建模方法的准确性。     

超高速磨削机床主轴系统模态分析

针对液体动静压轴承支撑的超高速磨削主轴系统工作的特殊性,在机床工作过程中,主轴高速旋转,动静压轴承的支撑刚度随转速动态变化.为了解主轴系统工作过程中的动态特性,应用Flunent软件求解液体动静压轴承的动态支撑刚 度,而后在此基础上利用有限元分析软件ANSYS建立超高速磨床主轴系统的三维有限元模型,并对其进行模态分析,得到了各阶固有频率和振型.通过设置不同转速下轴承的支撑刚度,获得主轴系统模态分析结果,并利用图解法求解出主轴系统的临界转速.分析结果表明主轴系统在高速旋转状态下,系统的结构刚度会发生变化,使主轴系统的固有频率改变,并且随着转速提高差异越显著.通过振动试验测试验证仿真分析的可靠性,经分析可知,试验与仿真的误差主要来源于支撑模型的简化.     

圆度误差对气体静压主轴回转精度的影响研究

针对圆度误差对气体静压主轴回转精度的影响,建立了基于主轴圆度误差的气浮力和离心惯性力动态计算模型。以Talyrond 585LT-500圆柱度仪的检测结果为源数据进行计算,得出这两种力对气静压主轴回转精度的影响结果。经过分析得到以下结论:由轴套和转子圆度误差产生的不平衡气浮力对主轴回转精度的影响很小;由转子外圆表面圆度误差产生的离心惯性力对主轴回转精度的影响较大,且离心惯性力会显著影响主轴在高转速下的回转精度。     

受控静压挤压油膜阻尼方案及其动态特性分析

提出了在转子主动减振系统中采用静压挤压油膜阻尼器作为控制执行机构的新方案，并对阻尼器的结构形式及适应主动控制研究需要的动力特性分析方法作了介绍。同时分析了这种阻尼器作为控制元件时的一些特性，最后给出了受控静压挤压油膜阻尼器在转子主动减振研究中的应用示例。     

基于正交投影的闭环子空间辨识方法

针对闭环MIMO系统的辨识问题,提出一种基于投影的子空间辨识方法,可以辨识出具有白噪声干扰的控制对象和控制器的状态空间模型。该方法从控制对象的输入输出来辨识对象模型。通过正交投影使得求得的状态实质为卡尔曼滤波状态,以此来求取控制对象的状态空间模型;对于控制器模型,提出两种不同的辨识求解方法。最后,在Matlab下进行了仿真验证,结果表明该方法的有效性。     

轴承座安装不同心时电主轴临界转速的计算

考虑实际装配中会因产生误差导致前后轴承座安装不同心.针对此工况,对电主轴进行动态特性分析.简化主轴系统,建立转子动力学模型并推导出转子系统的振动方程,得出该振动方程的特征方程.分析轴承-转子系统的刚度与质量矩阵,以求解该特征方程,最终计算出该条件下转子系统的临界转速.结果 表明:安装轴承座不同心导致转轴倾斜的角度越大,其临界转速越小.主轴转速为10 kr/min,同轴度从3μm升至18 μm(倾斜角为0.0052°),其一阶、二阶、三阶临界转速分别下降了3.59％、1.77％、0.86％;对其进行ANSYS仿真分析,验证计算结果.     

机床—主轴耦合系统动力学建模与模型修正

复杂精密零件的加工对机床装备的性能不断提出新的挑战。为了保证零件加工精度,有必要在设计阶段对机床整机的动态特性进行精确预测和评估。以机床主轴系统为研究对象,介绍一种机床—主轴系统耦合动力学模型,并指出该模型中存在结合面动态特性参数的辨识问题。为了修正该耦合模型,提出一种基于频率响应函数的有限元模型修正技术。采用包含平动自由度(Degree of freedom,DOF),转动DOF以及平动与转动耦合DOF的刚度矩阵来描述结合面的动态特性,通过测量结合面处的动态响应数据,辨识出高速主轴与机床之间结合面的刚度参数,从而达到模型修正的目的。试验结果表明,修正后的机床—主轴耦合模型反映出了机床结构对主轴动态特性的影响,能较好地预测主轴安装到机床上以后的动态特性,从而为高性能机床的数字化设计与制造提供理论依据。