高速电主轴动态性能试验

设计了一款集成多种检测功能的高速电主轴试验样机,其内置的温度传感器可测量轴承和定子的温升,编码器可测量转速并实现闭环控制,电涡流传感器可测量转子的三维振动特性和热膨胀量,并可根据实际工况在线调节轴承预紧力。另外,搭建了一套通用性较强的高速电主轴动态性能综合测试系统,基于磁流变液剪切原理和高压水射流冲击原理分别解决了高速电主轴动态扭矩和径/轴向力加载难题,可全面地测量高速电主轴的温升特性、回转特性、输出特性、电磁特性和动态支承刚度,并通过试验验证了磁流变液动态扭矩加载系统、高压水射流径/轴向力加载系统、动态支承刚度测试系统、机械摩擦损耗测量方法和预紧力在线调节装置的有效性。     

高速电主轴静刚度仿真与实验研究

主轴静刚度是评价电主轴静态特性的一项重要指标,对保证精密数控机床的加工精度至关重要。基于典型工况下切削力和角接触球轴承径向刚度计算公式,通过建立的主轴-轴承系统三维有限元模型,仿真获得了在指定工况下电主轴前端轴向变形量及主轴静刚度。在搭建的实验平台上对电主轴进行了静刚度实验。通过对比仿真结果和实验结果,间接验证了该有限元模型的有效性。基于可靠的有限元模型,进一步仿真获得了电主轴静刚度随前后端轴承预紧力的变化情况。     

陶瓷球轴承接触角和预紧力对高速磨削电主轴静刚度的影响

陶瓷球轴承作为电主轴的核心部件,其结构参数对电主轴的静刚度有着重要的影响。基于角接触球轴承径向刚度计算公式,通过仿真分析研究了接触角和预紧力对电主轴静刚度的影响。通过建立的主轴-轴承系统三维有限元模型,仿真获得了不同接触角和预紧力下主轴前端径向变形及主轴静刚度,进而根据有限元仿真结果拟合得到了主轴静刚度关于接触角和预紧力的拟合方程及拟合曲线。     

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。     

支承轴承对高速主轴系统特性的影响

结合轴系变形方程,对支承部位轴承与主轴的位移耦合以及对系统轴向力平衡条件进行了分析,提出用迭代法求解高速主轴系统刚度和临界转速的概念。计算结果表明,支承轴承的非线性对系统性能影响明显,当轴承预加轴向载荷增加时,轴承支承刚度增大,导致主轴系统刚度和临界转速随之增大。     

高速电主轴模态特性分析

高速电主轴作为高速机床的核心部件,其性能直接影响着机床的加工精度。为了研究高速电主轴的模态特性,建立了一种高速电主轴有限元模型。该模型考虑了轴向预紧力、振型形状、离心力和回转力矩对固有频率的影响,同时也考虑了转子分布质量、非线性轴承刚度和主轴旋转运动等因素的影响。利用有限元模型,对某高速电主轴的模态特性进行了分析,由实验结果证明了仿真分析结果的有效性。     

预紧力对轴承接触状态及电主轴回转性能的影响

高速电主轴角接触球轴承的性能由转速、支承刚度、旋转精度和摩擦生热等因素决定,这些因素都直接关系到轴承在轴向预紧力作用下的接触特性。研究了轴承滚动体与滚道在轴向预紧力变化下的接触特性。提出了一种利用开尔文四线法测定轴承不同轴向预紧力下接触电阻的新方法。结果表明,随着轴承轴向预紧力的增大,接触电阻呈非线性减小。对于角接触球轴承,当轴向预紧力大于一定值时,接触电阻趋向平稳,形成"L"型曲线。进一步研究了轴向预紧力对背靠背角接触球轴承对作为大型电主轴一端支撑的旋转精度的影响。研究表明,轴承外圈径向跳动随着轴向预紧载荷的增大呈现"降-升-降"的波动趋势,反映了径向游隙变化以及背对背轴承对隔离挡圈平行度误差对轴承外圈姿态变化的综合影响。本研究为角接触球轴承作为小型电主轴和大型电主轴的支撑进行轴向预紧时预紧载荷的优化提供了技术支撑。     

高速电主轴动刚度的计算与测试方法

为了考察高速砂轮主轴在高速运转下的动态特性,构建了基于角接触球轴承的拟静力学数值模型的电主轴支撑刚度的计算方法,并设计了基于工作转速下的高速砂轮主轴动态支撑力、相对位移的动刚度测试方法,搭建了高速砂轮电主轴动刚度的测试平台。研究分析了高转速精密机床中使用的HCB71902-C-T-P4S高速角接触球轴承在不同预紧力下动刚度随转速变化的规律。在选择轻预紧11N下,实验测试结果与计算所得支撑刚度保持一致,当转速超过50 000r/min后径向动刚度趋于稳定在180N/μm左右。高速电主轴支撑刚度的变化规律研究为改善精密机床工作性能提供了重要的理论基础。     

高精度金刚石工具磨床主轴结构设计及有限元分析

对高精度金刚石工具磨床主轴系统进行了结构设计,分析了轴承预紧力对主轴温升和刚度的影响。分析结果表明轴承预紧力对主轴支承刚度有显著影响。在考虑轴承径向刚度和轴向刚度的基础上,研究并建立了主轴的有限元模型。利用有限元软件ANSYS对主轴单元进行了动静态特性分析,结果表明所设计的主轴系统能够满足金刚石刀具刃磨要求。     

轴承预紧力对电主轴刚度及使用寿命的影响分析

电主轴的静刚度是其主要性能指标,是机床加工零件精度和质量的保证。轴承作为电主轴的核心支撑部件,其预紧力的增加或减小对主轴的刚度有着重要的影响,同时预紧力的变化也会影响轴承的使用寿命。为了确定轴承的最佳预紧力,通过仿真分析了预紧力的变化对主轴静刚度、固有频率以及使用寿命的影响。分析结果表明：随着预紧力的增加,主轴的静刚度和固有频率都有明显的提高,但同时降低了轴承的使用寿命。     

平面2自由度并联构型静刚度分析和设计

在建立支链子系统、机架子系统和整机刚度模型的基础上,分析评价了一台4自由度混联机床并联部分的刚度。分析结果轴承是影响机床刚度的薄弱环节,x方向刚度变化较大,影响机床的加工精度。提出了刚度变化率指标,分析了工作空间x方向刚度变化率的影响因素。完成了以静刚度变化率为指标的优化设计,为机床刚度优化和设计提供了理论依据。     

基于大行程柔性铰链的并联机器人刚度分析

基于大行程柔性铰链的并联机器人系统可以在立方厘米级的工作空间内提供亚微米级的运动精度。所采用的大行程柔性铰链的几何参数及其在空间内的布置,将会直接决定并联机器人的系统刚度,从而间接的影响整体系统的工作空间、承载能力和驱动负荷等一系列系统性能。提出了大行程柔性铰链基于刚度方程的弹性模型,采用刚度组集的方法并通过建立协调方程,构建得到整体系统的刚度模型。进而进行了系统刚度性能分析,得到系统刚度影响图谱,为这类新型的柔性并联机器人的设计与开发提供了有力依据。     

含横向裂纹简单转子刚度的计算

以两端简支的 Ｊｅｆｆｃｏｔ 转子为对象,运用断裂力学和材料力学理论推导出含横向弓形裂纹的转子刚度计算公式,并在此基础上研究裂纹位置、裂纹深度和轴细长比 Ｒ／ Ｌ等参数对转子刚度的影响。计算结果表明,裂纹位置距转子中心越近、裂纹深度越深,转子的刚度就越小;转轴细长比越大,裂纹对转子刚度的影响就越大;当裂纹较浅时,可忽略平行于裂纹方向的刚度变化,而当裂纹较深时,应同时考虑与裂纹平行和垂直方向上的刚度变化。     

高速立式加工中心主轴箱结构设计及分析

以高速立式加工中心主轴箱为研究对象,为满足高速加工中心整体性能的需要,利用Pro/E软件,建立了4种主轴箱结构的三维模型,分别进行了主轴箱的力学分析和静、热刚度计算,并对4种方案中最优的设计方案进行了合理的结构优化。分析结果表明,箱体内筋板是影响主轴箱整体刚度的重要因素,并通过优化设计改进了筋板结构布局,提高了箱体刚度。     

天线驱动系统的刚度分析

从理论入手，对实践中获得的多种畸变刚度曲线进行了分析，逐一推导了造成刚度曲线畸变的原因，判定了在天线驱动系统中的具体结构和在何位置引起了刚度曲线的畸变，提出了一些解决问题的办法，为解决天线驱动系统中刚度曲线的畸变问题奠定了一定基础。     

串联型制孔机器人的关节刚度识别

由于串联型制孔机器人的弱刚性,机器人在制孔力的作用下会产生一定的位移,制孔机器人的刚度对孔的加工质量有很大影响。对一种识别具有六个旋转自由度的机器人关节刚度的方法进行研究。假设机器人连杆为刚体,用Denavit-Hartenberg-modified(D-H-m)方法建立驱动轴坐标系。采用微分变换法求出了具有六个旋转自由度的机器人的雅克比矩阵。在制孔机器人的末端执行器上面施加载荷,在测得末端执行器的变形的前提下,可以识别出机器人各个关节的刚度值,并且能够得到机器人的刚度矩阵。最后建立机器人的三维模型,采用有限元方法对文中的假设进行了验证。     

弹性支承下弧齿锥齿轮实验台设计及其动态特性分析

现代航空发动机大多采用弹性支承,为了掌握弹性支承对弧齿锥齿轮传动的动态特性影响规律,需要开展弹性支承下弧齿锥齿轮的实验研究.设计并搭建了弧齿锥齿轮实验台,采用挠性套筒与刚性套筒相结合实现弹性支承刚度的连续变化,避免了拆卸转子造成的锥齿轮副安装位置的变化.建立了弹性支承下弧齿锥齿轮实验台的振动方程,并对齿轮副啮合刚度进行了数值计算,获得了啮合刚度的回归公式.针对不同外激励频率和支承刚度,计算了齿轮轴心振动位移和振动速度,得出在ω=2 300 Hz时主动齿轮振动最大的结论,为进一步的实验研究奠定了基础.     

一种新型扭矩传感器的设计与刚度分析

针对微型扭杆刚度测量,设计了一种高精度应变式扭矩传感器,对该传感器刚度进行计算,其结果与用大型有限元软件Nastran的分析结果十分相近,说明此方法是可行的。     

精密轴系中转轴的刚度计算与尺寸确定

转轴是精密轴系的核心件。本文介绍了立式精密轴系中转轴的刚度计算与其尺寸确定的方法。     

线外啮合齿轮传动啮合刚度计算

对变形和误差引起的线外啮合进行了研究与分析，提出了一种基于线外啮合的齿轮传动刚度计算方法。