耦合球軸承擬靜力解析模型的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動態(tài)特性分析.pdf

1、隨著對主軸加工轉(zhuǎn)速要求的逐漸提升，主軸動態(tài)特性會在影響主軸性能和加工過程中扮演越來越重要的角色，而軸承的剛度更是影響主軸動態(tài)特性最為關(guān)鍵的因素。因此，就非常需要一個針對軸承以及整個主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)科學的、系統(tǒng)的建模方法來幫助工程師們不需要通過反復(fù)的實驗、糾錯就能使加工機床達到最優(yōu)設(shè)計和加工性能。
　　本文以球軸承-主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為研究對象，在對球軸承靜剛度、動剛度以及轉(zhuǎn)動工況下滾動體與內(nèi)外圈間接觸角和接觸載荷等性能參數(shù)分析計算的基礎(chǔ)上，

2、結(jié)合主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學方面的特點，將軸承與主軸綜合起來考慮，對球軸承-主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)固有頻率、靜撓度、模態(tài)振型和臨界轉(zhuǎn)速加以分析。首先介紹針對軸承建模和求解的基本理論方法，包括Hertz接觸理論和求解非線性方程組的Newton-Raphson方法，以及根據(jù)Hertz點接觸理論分析角接觸球軸承滾動體與內(nèi)外套圈間的接觸問題。然后利用Demul提出的普遍適用于滾動軸承分析的靜力學解析模型對球軸承的靜態(tài)特性參數(shù)進行了分析計算，在此基礎(chǔ)上建立了球軸

3、承的擬靜力學解析模型，建模過程中說明忽略滾動體承受陀螺力矩的原因，以及施加給軸承不同邊界條件對軸承擬靜力學解析模型求解結(jié)果的影響。通過對軸承模型進行求解，得到軸承包括動剛度在內(nèi)的動態(tài)特性參數(shù)，結(jié)合求解結(jié)果分析了軸承運轉(zhuǎn)時滾動體承受離心效應(yīng)對球軸承動態(tài)特性的影響，并進一步分析說明施加軸承不同邊界條件對軸承模型求解結(jié)果的影響。最后，利用有限元方法并結(jié)合Timoshenko梁理論和轉(zhuǎn)子動力學相關(guān)理論方法對軸承-主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)建立動力學模型，模型

4、中考慮了軸承動剛度和軸的剪切效應(yīng)和陀螺力矩的影響。求解主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)靜、動力學方程，得到固有頻率、靜撓度變形曲線和一階、二階模態(tài)振型曲線，并將求解的固有頻率值與文獻中實驗數(shù)據(jù)進行對比;另外，進一步求解該主軸系統(tǒng)的包含一階頻率的Campbell圖，根據(jù)該圖可以很方便地得到主軸系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速下的一階正反渦動頻率和一階臨界轉(zhuǎn)速，對進一步的主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學分析具有重要參考價值。
　　通過對軸承及軸承-主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動態(tài)分析得知，軸承運轉(zhuǎn)時