高速砂轮电主轴系统阶次振动研究

高速外圆磨床是航天领域高精度高表面质量零件的加工母机。高速砂轮电主轴是高速外圆磨床的关键部件,其动态性能决定了高速磨床的加工精度和表面质量。在高速砂轮电主轴使用过程中,发现其远低于临界转速时就发生了强烈的振动,导致零件的加工质量无法得到保证。基于此,提出了一种基于主轴模态和轴承振动阶次分析的高速砂轮电主轴的阶次振动分析方法。首先使用有限元建模分析得到主轴系统的固有频率和振型,再使用轴承振动阶次分析得到电主轴由于轴承制造误差所造成的振动阶次,最后用升速实验验证主轴系统的固有频率并依此得到轴承制造误差造成的主轴阶次振动及对应的振动转速。结果表明,高速砂轮电主轴的强烈振动是由于轴承外圈的制造误差产生的阶次振动所造成的。分析的结果为高速电主轴的结构和工艺的优化提供了理论依据。     

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.     

静压轴承对电主轴转子系统动态特性的影响分析

静压轴承的性能对高精密平面磨床电主轴转子系统的动态特性起决定性的影响。以某高精密平面磨床电主轴转子系统为研究对象,应用弹簧阻尼单元模拟静压轴承,建立电主轴转子系统的有限元模型,分析其动态特性,得到静压轴承刚度及阻尼值对电主轴转子系统固有频率、动刚度及临界转速的影响特点。结果表明:前后端静压轴承刚度相同时,电主轴转子系统固有频率、临界转速与轴承刚度、阻尼成正变关系,动刚度与轴承刚度成反变关系与轴承阻尼成正变关系,轴承刚度大于3×105N/mm时,轴承阻尼值对系统临界转速影响很小,此时提高轴承阻尼值可以提高系统固有频率和动刚度,减小振动幅度,获得良好的动态性能;前后端静压轴承刚度不相同时,轴承刚度的波动对系统最小动刚度的影响比轴承刚度相同时更柔和,加工更稳定。     

基于ANSYS的机床电主轴动态性能分析

阐述了影响高速电主轴抗振能力的固有特性、动力响应和动力稳定性动力学特性。以高速、大功率的铣削加工中心电主轴为研究对象,采用ANSYS有限元软件对电主轴进行模态分析,研究电主轴的振型、固有频率和临界转速,获得电主轴各阶频率和振型,指出主轴远离抗振性的频率要求以及前支承的刚度和阻尼对主轴系统的振动的影响。通过模态分析为进一步的动力学分析提供必要的依据。     

高速电主轴动态特性的有限元分析与振动测试

根据电主轴的结构特点,在ANSYS软件中建立电主轴动态特性的有限元模型,对电主轴进行模态分析,得到电主轴的前6阶的振动特性,并计算出临界转速.通过振动测试实验,得到电主轴在不同转速下的振动量,并对采集到的信号进行相关性与自振特性的分析.分析结果表明:电主轴的最高工作转速远离临界转速,能有效避免共振现象的发生.     

小子样高速电主轴的Bayes可靠性分析

针对高速电主轴可靠性分析存在的问题,应用Bayes理论提出小子样高速电主轴性能退化可靠性试验分析方法,推导了小子样高速电主轴可靠性参数的验前、验后分布及置信限表达式,据此评定高速电主轴可靠性指标。对两根170MD18Y16型高速电主轴进行可靠性试验,利用性能退化量试验数据分析了Weibull寿命分布模型参数,并利用170MD18Y16型高速电主轴轴端跳动量测试数据,应用Bayes方法评定了该型高速电主轴可靠性指标,分析结果与电主轴实际工况使用值一致,表明Bayes理论可用于小子样高速电主轴可靠性分析。     

基于传递矩阵法的电主轴动力学特性分析

研究了电主轴主要的结构参数对电主轴动力学特性的影响。运用传递矩阵法,考虑了陀螺力矩、剪切、变截面等影响因素,建立了电主轴"转子—轴承"系统的多圆盘转子动力学模型,编程并计算了电主轴的前三阶临界转速、振型等动力学特性参数,分析了电主轴轴承轴向预紧力、支承跨距及前、后端悬伸量的变化对电主轴"转子—轴承"系统临界转速的影响和变化规律。结果表明:支承跨距和悬伸量在一定范围内对临界转速有显著的影响,通过研究为电主轴的结构设计和性能优化提供依据和指导。     

高速电主轴临界转速及其影响

基于对临界转速的传递矩阵法和有限元法理论分析,建立了高速电主轴转子轴承系统计算模型。分别利用数值仿真软件编程计算和试验测量获得系统的临界转速值。结果表明该建模合理,理论计算结果准确性较高,计算可靠。通过对弹性支承、圆盘的回转效应及阻尼等影响临界转速的因素分析,为电主轴设计提供依据。     

永磁同步型磨削电主轴偏心振动分析及实验*

电主轴是将旋转主轴与电机转子集成为一体的主轴单元,结构复杂,由于加工或装配误差等原因,电主轴转子会存在着一定的偏心量,为探求由于电主轴偏心所导致的转子振动特性,建立了电主轴转子偏心模型,采用Maxwell应力张量法计算了偏心造成的不平衡磁拉力(UMP),将UMP解析式代入Jeffcott转子模型,得到了转子偏心振动方程。以某磨床的永磁同步电主轴为研究对象,利用有限元方法分析了UMP,发现作用于转子的UMP始终指向气隙最小的方向,研究了不同转速下转子在质量偏心离心力和UMP作用下的振动响应。研究结果表明,电主轴在低速运行时,UMP为转子振动的主要来源;随着转速的增加,质量偏心离心力对转子振动的影响更加明显,而UMP大小保持不变,其频率随转速增加而增大,对转子振动的作用随之减弱。对某机床厂所研发永磁同步型磨削电主轴在试运行时产生的振动问题进行了实验,对主轴振动频谱分析后判断实验电主轴存在静态偏心,测得主轴轴心轨迹对前述分析进行了验证。     

浅析提高电主轴可靠性的途径

电主轴目前越来越广泛的应用于金切机床领域,其在设备上的可靠性即显得越来越重要。针对高速电主轴高可靠性的要求,在高速电主轴基本结构的基础上,采用动态的设计方法,计算出电主轴和滚动轴承的动态特性,进而研究轴向预紧力、跨距、转轴各台阶外径以及轴承对高速电主轴临界转速的影响,最终得到合理的电主轴结构;同时,对高速电主轴的润滑、材料、密封、冷却等方面也进行了研究,以实现最优化的设计,从而满足高速电主轴的高可靠性要求。     

基于ANSYS的全陶瓷电主轴动态分析及振动性能测试

对设计的全陶瓷电主轴进行结构分析,在ANSYS中建立了其轴承-主轴转子系统三维有限元模型。采用Subspace法计算了前6阶固有频率和振型,计算出临界转速,然后通过Harmonic分析得到了主轴在不同激励下的动态响应,并对装配好的全陶瓷电主轴进行振动性能测试及其分析。ANSYS动态分析计算结果表明主轴设计工作转速远远低于其临界转速,能有效避开共振区;全陶瓷电主轴振动性能测试结果表明在设计范围内电主轴振动平稳,设计符合要求。     

高速电主轴的模态分析

通过对电主轴进行较精确的三维动态有限元建模,经ANSYS分析计算,获得了电主轴的模态特性.研究了电主轴的固有频率、振型和临界转速,分析了轴承预紧力对电主轴二阶固有频率的影响,为高速电主轴结构的合理设计和轴承最佳顸紧力的确定提供了必要的理论基础.     

基于油雾润滑的高速电主轴断油性能试验研究

对基于油雾润滑的高速电主轴进行断油性能试验,利用B&K声学/振动分析系统、红外热像仪等仪器对断油过程中高速电主轴系统的振动特性、主轴轴承内部的润滑、电主轴表面的温度场等状态参数进行监测,并与正常油雾润滑时高速电主轴的状态参数进行比较,分析研究了断油状态对高速电主轴工作性能的影响.试验结果表明:高速电主轴正常工作时主轴轴承所需要的润滑油量很少;短时间断油对电主轴系统的正常运行状态影响不大,主轴轴承内部的润滑、电主轴系统的振动特性和电主轴的热状态等性能参数能够维持在基本正常的水平.     

计及不平衡磁拉力的高速空气静压电主轴动力学分析

根据不平衡磁拉力作用机理,在电主轴动力学建模时将其等效为具有"负刚度"的支承元件;基于传递矩阵法建立计及不平衡磁拉力的高速空气静压电主轴的动力学模型,利用MATLAB7.0软件对最高工作转速为25×104r/min空气静压高速电主轴动力学特性进行计算。结果表明:计入磁拉力后电主轴的前3阶临界转速有一定程度的降低,且该电主轴工作转速远远高于1阶临界转速,属于挠性轴范畴。可以看出:1阶振型脆弱点在主轴前端,2阶振型脆弱点在主轴前端和转子轴段。     

电机后置式的电主轴动态特性有限元分析

以一种新型电主轴结构为研究对象,用有限元方法对该型号电主轴进行了模态分析和谐响应分析,并研究了轴承刚度的变化对电主轴动态性能的影响。结果表明:电主轴的第一阶临界转速远远高于其最高工作转速,能有效避开共振区;静压轴承刚度对电主轴的动态性能具有重要影响。合理地改进轴承刚度,有利于提高电主轴的刚度,减小振动幅度,提高磨床的加工精度。     

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。     

基于Workbench的高速电主轴动力学特性分析

利用Pro／E建立了电主轴三维模型,运用Workbench对高速电主轴进行模态分析和谐响应分析。获得电主轴的固有频率以及临界转速等动态特性;在此基础上对电主轴前端处的位移响应特性进行分析,证明了电主轴结构设计的合理性．为下一步的电主轴特性研究奠定基础。     

高速电主轴的工作模态试验分析

高速电主轴在工作状态下产生的振动对高精度加工影响较大,通过对最高转速为60000r/min的磨削型高速电主轴进行不同转速下的工作模态试验,并运用随机子空间法(SST)对其进行模态参数的识别,得到了电主轴工作状态下多个重要部位的频谱图,分析了多个重要测点的加速度,且与出厂理论值进行比较,以验证其是否符合高精度加工生产的要求和所采用试验方法的正确性,同时说明电主轴产生振动的主要原因,排除了试验用电主轴在共振区工作的可能性.     

陶瓷电主轴空载电磁振动试验的研究

近年来,对高速高刚度数控机床用电主轴的需求日益紧迫。采用陶瓷材料设计电主轴主要旋转部件可以提高电主轴极限转速及刚度。但由于陶瓷材料导热、导磁及导电及机械性能与金属材料差别较大,因此陶瓷电主轴电磁振动与金属电主轴有所不同。研究陶瓷电主轴电磁振动有利于实现电主轴的低噪声低振动优化设计。本文通过实验研究了陶瓷电主轴的电磁振动特性。     

轴承配对形式对高速内圆磨削主轴性能的影响

通过对包含滚动轴承特性在内的主轴系统横向微分运动进行分析,确定出支承轴承配对形式对高速内圆磨削主轴临界转速和轴端刚度产生的影响关系,并给出了在电主轴实际应用中支承轴承配对形式的选择原则.