超高速磨床主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性仿真分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、超高速磨削技術(shù)是21世紀(jì)最新的高效磨削技術(shù)。它既能大幅度提高效率，又能顯著的改善磨削加工質(zhì)量。主軸部件是磨床最為關(guān)鍵的部件，其動(dòng)、靜態(tài)性能對(duì)機(jī)床的最終加工性能有非常重要的影響。因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)主軸部件的動(dòng)、靜態(tài)性能展開(kāi)了廣泛、深入的研究，提出了多種對(duì)主軸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行仿真分析的方法;對(duì)動(dòng)靜壓軸承的承載能力以及油膜壓力與偏心距的關(guān)系等從理論和仿真方面也做相當(dāng)多的研究。但是，總的來(lái)看研究還缺乏系統(tǒng)性，一些影響主軸動(dòng)力學(xué)分析精度的關(guān)鍵問(wèn)題，

2、例如軸承動(dòng)力學(xué)特性的模擬、主軸系統(tǒng)結(jié)合面的建模以及超高速磨削狀態(tài)下磨削力對(duì)主軸系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)影響等，還未得到有效的解決，分析過(guò)程中也沒(méi)能夠進(jìn)行綜合考慮。
　　首先綜述了國(guó)內(nèi)外關(guān)于磨床主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性和動(dòng)靜壓軸承方面的研究概況和相關(guān)技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合本文所涉及的超高速磨床主軸系統(tǒng)特點(diǎn)基于動(dòng)力學(xué)、動(dòng)靜壓軸承等理論建立主軸系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能數(shù)學(xué)模型，對(duì)其展開(kāi)一系列研究，對(duì)其靜、動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行理論、仿真、實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)所求解的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，

3、了解其動(dòng)態(tài)特性及影響因素。驗(yàn)證了利用有限元方法簡(jiǎn)化動(dòng)靜壓軸承、建立主軸系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、求解主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的可行性和準(zhǔn)確性。本論文的主要研究工作有如下幾個(gè)方面:
　　(1)介紹了現(xiàn)有動(dòng)靜壓主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合磨削加工特點(diǎn)，對(duì)主軸系統(tǒng)進(jìn)行靜剛度分析，了解其靜態(tài)性能。
　　(2)研究了現(xiàn)行動(dòng)靜壓軸承分析的方法，分析油膜工作機(jī)理，利用雷諾方程對(duì)油膜壓力進(jìn)行求解，推導(dǎo)其動(dòng)態(tài)參數(shù);利用Fluent建立油膜有限元模型，對(duì)油膜壓力進(jìn)行求

4、解，通過(guò)仿真分析的數(shù)字化方法了解油膜動(dòng)態(tài)性能。
　　(3)建立主軸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，簡(jiǎn)化其結(jié)構(gòu)和載荷，將動(dòng)靜壓軸承簡(jiǎn)化為彈簧、阻尼系統(tǒng)，用有限元法對(duì)其進(jìn)行模態(tài)求解、振型提取以及諧響應(yīng)分析，分析其動(dòng)態(tài)特性性能，考察其在動(dòng)載荷激勵(lì)作用下的穩(wěn)定性，并對(duì)主軸系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)。
　　(4)對(duì)超高速磨床主軸系統(tǒng)通過(guò)模態(tài)參數(shù)拾取法對(duì)其進(jìn)行模態(tài)分析，根據(jù)獲得的加速度導(dǎo)納曲線，提取其模態(tài)參數(shù)、阻尼比，建立主軸系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程