高速电主轴转子——轴承系统动态特性分析
高速滚珠轴承电主轴热态特性分析
高速滚珠轴承电主轴热态特性分析姜本刚;雷群;杜建军【摘要】为研究高速滚珠轴承电主轴的热特性对其性能的影响,计算轴承的热源生热并进行热特性仿真.研究轴向载荷和转速对接触角的影响规律,进而采用局部热计算方法计算轴承的热损耗.结果发现,轴承的旋转速度对其热损耗的影响比轴向载荷作用更明显,并且滚珠的自旋摩擦是轴承生热的主要形式.结合热源生热计算结果,运用ANSYS对一定转速的空载电主轴分别进行稳态热分析和瞬态热分析,发现电主轴的最高温度点出现在内置电机转子的中心区域.将稳态热分析结果加载到有限元模型进行热-结构耦合分析,发现最大轴向位移出现在主轴的最前端,最大轴向应力则出现在前轴承球与外滚道的接触区域.设计空载电主轴温升测定实验,验证仿真结果的正确性.%To study the influence of the thermal characteristics of the motorized spindle of ball bearings on its performance,the heat source calculation and the thermal characteristic simulation of the bearing were performed.The heating consumption of the bearing was analyzed by the local heat calculation method.It is found that the influence of the bearing speed on thermal consumption is greater than that of axial load,and the ball's spin is the main form of the ball bearing heating.Based on the calculation results of heat source,the steady-state and transient-state analysis were performed respectively by ANSYS under a certain speed with no load.The result shows that the highest temperature appears in the iron core of the motor rotor.The thermal-structure coupling analysis was carried out by loading the steady-state thermal analysis results to the finite element model.The results show that the maximum axial displacementappears at the front of the spindle,and the maximum axial stress appears on the contact point between the ball and the outer ring of the front bearing.An experiment of temperature rise measurement was performed by a no load spindle,the measuring results verified the accuracy of the simulation results.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2017(042)002【总页数】8页(P6-12,18)【关键词】电主轴;角接触球轴承;局部热计算法;热分析【作者】姜本刚;雷群;杜建军【作者单位】哈尔滨工业大学深圳研究生院广东深圳518055;广州市昊志机电股份有限公司广东广州511356;哈尔滨工业大学深圳研究生院广东深圳518055【正文语种】中文【中图分类】TH133.37电主轴是高性能机床的核心部件，将转轴、驱动电机和轴承集成为一体，其性能直接决定了高速切削的质量[1]。
高速机床主轴用陶瓷轴承动态性能研究
合肥工业大学硕士学位论文高速机床主轴用陶瓷轴承动态性能研究姓名：王玉金申请学位级别：硕士专业：机械工程指导教师：赵韩;罗继伟20040401高速机床主轴用陶瓷轴承动态性能研究摘要本文以混合陶瓷球轴承为研究对象，进行了高速球轴承的拟动力学分析，建立了可用于陶瓷球轴承和全钢制轴承的拟动力学分析模型，预测各种动态性能。
分析模型中考虑了高速角接触球轴承特有的各种惯性力及轴承各种结构元素之间的相互作用以及润滑剂与轴承零件的相互作用和游隙的影响等，建立了拟动力学物理模型和平衡关系，形成并求解６ｎ＋８个方程。
根据模型，利用ＶＢ和ＦＯＲＴＲＡＮ７７，开发了高速陶瓷球轴承的拟动力学分析程序。
该程序不仅能够计算出轴承的变形、刚度、发热率、摩擦力矩等动态性能参数，也能计算轴承内部的载荷分布、离心力、陀螺力矩等内容。
以典型产品Ｂ７００５Ｃ／ＨＱｌＰ４为例，分析了油雾润滑情况下的轴承的各种动态性能，并用自行开发的高速电主轴进行不同转速、不同载荷、不同润滑条件和超高速下（ｄｍ－Ｎ值２．８８ｘ１０６ｍｒｎ‘ｒ／ｍｉｎ）动态性能试验，通过试验确定了最佳的保持架兜孔间隙和引导间隙，为超高速机床主轴轴承设计提供了依据。
关键词：高速陶瓷球轴承拟动力学性能分析ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＤｙｎａｍｉｃＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆＣｅｒａｍｉｃＨｙｂｒｉｄＢａｌｌＢｅａｒｉｎｇｓｆｏｒＨｉｇｈ－ＳｐｅｅｄＳｐｉｎｄｌｅＡｂｓｔｒａｃｔＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｃｅｒａｍｉｃｈｙｂｒｉｄｂａｌｌｂｅａｒｉｎｇａｓａｎｏｂｊｅｃｔｏｆｓｔｕｄｙ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｖｅｄｙｎａｍｉｃｓｏｎｈｉ９１１ｓｐｅｅｄｂａｌｌｂｅａｒｉｎｇｉｓａｎａｌｙｚｅｄ；ａｓｉｍｕｌａｔｅｄｄｙｎａｍｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌｕｓｅｄｆｏｒｈｙｂｒｉｄｂａｌｌｂｅａｒｉｎｇｓａｎｄｆｕｌｌｓｔｅｅｌｍａｄｅｂａｌｌｂｅａｒｉｎｇｓｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｆｏｒｅｃａｓｔｖａｒｉｏｕｓｂｅａｒｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ．Ｂａｓｅｄｏｎｖａｒｉｏｕｓｉｎｅｒｔｉａｆｏｒｃｅｓｏｆｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄａｎｇｕｌａｒｃｏｎｔａｃｔｂａｌｌｂｅａｒｉｎｇｓａｎｄｔｈｅｖａｒｉｅｔｙｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙａｍｏｎｇａｌｌｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ａｓｉｍｕｌａｔｅｄｄｙｎａｍｉｃｓｐａｙｓｉｃｓｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｎｄ６ｎ＋８ｅｑｕａｔｉｏｎｓａｒｅｃｉｔｅｄａｎｄｓｏｌｖｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙｂｅｔｗｅｅｎｌｕｂｒｉｃａｎｔａｎｄｂｅａｒｉｎｇｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｎｄｒａｄｉａｌｐｌａｙａｒｅａｌｓｏｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｍｏｄｅｌ，ｗｉｔｈｔｈｅｈｅｌｐｏｆＶＢａｎｄＦＯＲＴＲＡＮ７７，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｄｙｎａｍｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｆｏｒｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌｂｅａｒｉｎｇｓａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｏｕｔ．Ｂｙｗｈｉｃｈ，ａｌｌｏｆｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｓｕｃｈａｓｂｅａｒｉｎｇ’Ｓｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ，ｒｉｇｉｄｉｔｙ，ｈｅａｔｉｎｇｒａｔｉｏａｎｄｆｒｉｃｔｉｏｎｔｏｒｑｕｅ，ｅｔｃ．，ｃａｎｂｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．ＡｔｔｈｅｓａｌＤ．ｅｔｉｍｅ，ｔｈｅｌｏａｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｂｅａｒｉｎｇｉｎｔｅｒｉｏｒ，ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ，ｔｏｐｔｏｒｑｕｅＣａｎａｌｓｏｂｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ａｓａｔｙｐｉｃａｌｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅｖａｒｉｅｔｙｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆＢ７００５Ｃ／ＨＱｌＰ４ｂｅａｒｉｎｇａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｏｉｌｍｉｓｔｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ．Ｕｓｉｎｇｏｕｒｏｗｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｓｐｉｎｄｌｅ，ｔｈｅｔｅｓｔｓｆｏｒｂｅａｒｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓａｒｅｔａｋｅｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏａｄ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎａｎｄｓｕｐｅｒｈｉｇｈｓｐｅｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇ，ｔｈｅｂｅｓｔｃａｇｅｐｏｃｋｅｔｃｌｅａｒａｎｃｅａｎｄｇｕｉｄｅｃｌｅａｒａｎｃｅａｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｂａｓｉｓｆｏｒｓｕｐｅｒｈｉ：ｇｈｓｐｅｅｄｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｂｅａｔｉｎｇｓｄｅｓｉｇｎ．Ｋｅｙ＇ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ，ｃｅｒａｍｉｃｂａｌｉｂｅａｒｉｎｇ，ｓｉｍｕｌａｔｉｖｅｄｙｎａｍｉｃｓ，ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓ独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
高速电主轴动态特性及其对加工稳定性的影响.ppt
阻尼的影响 因为所用电主轴两个横向方向的模态参数很接
近，因此只考虑了一个方向上的横向振动。
法向前角
φn()
表 铣削系统刀具及加工参数
螺旋角 刀齿数 刀具半径ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
η（°）
R（mm）
Kt
( Mpa )
进给率f （mm/齿）
摩擦系数 μ
6
40
4
5
1800
0.127
0.2
不同阻尼比下的稳定性极限图见图，由图可知阻尼 比越大，对应的轴向临界铣削深度越大。
• 在切削加工条件和阻尼一定的情况下，刀具端点的等效刚 度越大，其对应的临界铣削深度越大，系统越稳定。
• 主轴系统随转速变化后的动态特性主要由于轴承软化引起 的，轴承刚度的软化主要影响系统前两阶带有刚体运动的 模态，而对以后的弯曲模态影响较小。
• 考虑主轴随转速变化后的动态特性后，系统的最小临界铣 削深度降低，且稳定性叶瓣图相对静态时发生偏移，静态 下稳定性比较强的速度区间往往在动态稳定性图中不再是 稳定性较强的速度区间。考虑电主轴动态特性可以更好的 预测铣削系统的稳定性。
图 电主轴系统阻尼的影响
电主轴动态特性的影响
图 固有频率随转速的变化 反映了刀具悬长为40mm时主轴系统固有频率和刀具端点等效刚 度随转速的变化。当转速提高，系统一、二阶固有频率有较大降低， 三阶固有频率变化不大。
结论
• 主轴系统的阻尼比对轴向临界铣削深度特别是最小轴向临 界铣削深度有显著的影响，主轴系统阻尼越大，最小轴向 临界铣削深度越高，在稳定性预测中可以结合试验来确定 主轴系统的阻尼，
高速电主轴动态特性的有限元分析
Ｈｉ ｇ ｈ—ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ Ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ Ｓ ｐ ｉ ｎ ｄ ｌ ｅ
Ｃ Ａ ０ ｙ ｕ ． Ｌ Ｉ Ｑ ｉ ａ ｎ ｇ
（ １ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆＭｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｉ ｎ ｎ ｅ ｒ Ｍｏ ｎ ｇ ｏ ｌ ｉ ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｆＳ ｏ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ
Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ， Ｂａ ｏ ｔ ｏ ｕ ０１ ４ ０ １ ０， Ｎｅ ｉ Ｍｏ ｎ ｇ ｇ ｏ ｌ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ；
２ ． Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｅ ｃ ｏ ｎ ｏ ｍｉ ｃ ａ ｄ ｎ Ｔ ｒ ａ ｄ ｅ Ｃ ｏ ． Ｌ ｔ ｄ ． ｆＳ ｏ ｔ ｅ ｅ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｏ ｎ Ｃ ｏ ． Ｌ ｔ ｄ ． ｆＢ ｏ ａ ｏ ｔ ｏ ｕ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ （ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ ） Ｃ ｏ ｒ ｐ ．
ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ． Ｆ ｕ ｈ ｅ ｎ ｎ ｏ ｒ ｅ， ｓ ｉ ｎ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｎ ｕ ｍｂ ｅ ｒ ｏ ｆ ｔ ｏ ｏ ｌ ｂ ｉ ｔ ｏｒ ｆ ｍｏ ｔ ｏ ｉｚ ｒ ｅ ｄ ｓ ｐ ｉ ｎ ｄ ｌ ｅ ｉ ｓ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ， ｔ ｈ ｅ ｈ ａ ｍ ｏ ｒ ｎ ｉ ｃ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅ ａ —
第３ ９卷第 ３期
２ ０ １ ３年 ６月
包
钢
科
技
Ｖｏ １ ． ３９， Ｎｏ ． ３
Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｂ ａ ｏ ｔ ｏ ｕ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ
高速电机转子的动平衡与动态特性研究
高速电机转子的动平衡与动态特性研究对于电机工程领域具有重要意义。
电机作为现代工业中不可或缺的设备之一，其性能直接影响到生产效率和设备稳定性。
在高速电机领域，由于旋转速度较快，转子的平衡性和动态特性显得尤为关键。
本文将深入探讨高速电机转子的动平衡与动态特性，通过实验研究和理论分析，为高速电机的设计和运行提供参考。
首先，本文将介绍高速电机的基本原理和结构。
高速电机是一种特殊的电机类型，其转子运行速度通常在数千转每分钟以上，工作环境要求严苛。
在介绍电机结构的基础上，我们将重点讨论转子的设计和加工工艺，探究影响转子动平衡和动态特性的关键因素。
其次，本文将详细分析高速电机转子的动平衡技术。
动平衡是保证转子在高速旋转过程中不产生振动和噪音的重要手段。
我们将介绍动平衡的原理和方法，包括静平衡和动平衡的区别，动平衡试验的步骤和注意事项等。
通过实验验证和数据分析，我们将探讨动平衡对高速电机性能的影响，并提出优化建议。
随后，本文将深入探讨高速电机转子的动态特性。
转子的动态特性包括振动响应、共振频率、模态分析等方面。
我们将结合有限元分析和实验测试，揭示高速电机转子在不同工况下的动态响应特点，探讨影响动态特性的因素。
通过对动态特性的研究，我们可以为电机设计和振动控制提供理论支持。
最后，本文将总结高速电机转子的动平衡与动态特性研究成果，并展望未来的研究方向。
高速电机领域的发展离不开对转子性能的不断优化和提升，动平衡与动态特性研究在此过程中起着至关重要的作用。
我们希望通过本文的研究，为高速电机领域的科研工作者和工程技术人员提供参考和借鉴，推动高速电机技术的发展和应用。
航空发动机高速球轴承动态特性分析
王黎钦 , 崔立 , 郑德志 , 古乐
(哈尔滨工业大学 机电工程学院 , 黑龙江 哈尔滨 150001)
Analysis on Dynamic Characteristics of Aero2engine High2speed Ball Bearings
Wang Liqin , Cui Li , Zheng Dezhi , Gu Le (School of Mechat ronics Engineering , Harbin Instit ute of Technology , Harbin 150001 , China)
王黎钦等 :航空发动机高速球轴承动态特性分析
1463
δcp2
= δcr2 -
R2 2
+
( - co sθy sinθz X + co sθz Y + sinθy sin θz Z) 2 + ( sin θy X + co sθy Z) 2
(10)
ψ = arcco s
X [ sinθy co sθy - sinθy sinθz co sθz - sinθy co sθy ( sinθ2 ) 2 ] R2 [ (co sθy ) 2 + (co sθz ) 2 ]
(11)
式中 : X = xc - X2 + S ; Y = yc - Y2 + R2 co s ψ; Z = zc - Z2 + R2 sin ψ;δcr2 为保 持架 和引 导套 圈之 间 的初始间隙 ; R2 为保持架引导面半径 ; S 为保持 架半宽 。可由 δcp2 和 表面 粗糙 度的 关系 判定 保 持架和引导 套圈之 间是 流体动 力润 滑还 是干 接触 :
轴承套圈自动车床主轴箱动态特性分析 08-17
分类号______________________________ 密级______________________________ ＵＤＣ______________________________ 编号______________________________硕士学位论文轴承套圈自动车床主轴箱动态特性分析学位申请人：学科专业：机械制造及其自动化指导教师：答辩日期：华东交通大学硕士学位论文任务书东交通大学2012届硕士学位论文高速高精数控车床液压刀塔动态特性分析机电工程学院独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。
学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。
保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密期内容。
本人签名____________导师签名__________日期___________摘要轴承套圈自动车床主轴箱动态特性分析摘要随着制造业对数控加工的速度和精度要求日益提高，人们对高速高精数控机床的研究也不断深入。
高速高精数控机床有着高转速、大进给速度、高运动精度和高加工精度的特性，需要其零部件具备高精度和良好的动力学性能和热力学特性来保证。
液压刀塔是数控车床的关键功能部件，因此，对液压刀塔在设计阶段进行性能评价，或在改进定型前进行优化，有利于提高机床整机以及液压刀塔的质量、可靠性和经济性。
高速电主轴动力学特性分析综述讲解
《机械模态分析与实验》结课论文高速电主轴模态分析综述班级研1201姓名赵川学号2012020003高速电主轴模态分析综述前言高速电主轴是高速机床的核心部件, 它将机床主轴与变频电机轴合二为一, 即将主轴电机的定子、转子直接装入主轴组件内部, 也被称为内装式电主轴( Built- in Motor spindle) ,其间不再使用皮带或齿轮传动副。
其具有结构紧凑、重量轻、惯性小、动态特性好等优点, 并改善了机床的动平衡, 避免振动和噪声, 在超高速机床中得到广泛应用。
随着科学技术的发展，高速精密加工技术已广泛应用于高端装备制造各个行业。
高速精密数控机床目前成为现代化制造业的关键生产设备。
提高高速精密数控机床在加工运行过程中精度的可靠性、稳定性和可维护性，对提升企业竞争力越来越重要。
高速精密机床的工作性能，取决于机床的主轴系统。
主轴也是最容易失效的部位之一，主轴系统在加工过程中由于各种原因会引起回转精度劣化和功能丧失，严重影响产品加工精度和质量。
如精密车削的圆度误差30%-70%是主轴的回转误差引起。
加工的精度越高，所占的比例越大。
其动态性能的好坏对机床的切削抗振性、加工精度及表面粗糙度均有很大的影响，是制约数控机床加工精度和使用效率的关键因素。
正文高速加工技术已广泛应用于航空航天、模具及汽车制造等行业。
高速主轴在加工过程中, 由于离心力和陀螺力矩效应, 其动态特性相对静止状态发生很大改变。
若仍然利用静态主轴的动态特性参数进行高速切削稳定性分析, 会带来较大的误差。
因此有必要对高速旋转状态下的主轴进行精确建模, 以达到优化切削参数的目的。
国内电主轴的研究始于20世纪60 年代, 主要用于零件内表面磨削, 这种电主轴的功率低, 刚度小。
且采用无内圈式向心推力球轴承, 限制了高速电主轴的生产社会化和商品化。
20世纪70年代后期至80年代, 随着高速主轴轴承的开发, 研制了高刚度、高速电主轴, 它被广泛应用于各种内圆磨床和各机械制造领域。
高速滚动轴承动态性能分析的研究进展
拟静力学模型 、拟 动力学模 型和动力 学模 型。最早的滚动轴承静力 滚子轴承做 了一系列的动力学研究 ，建立 了全 自由度的轴承元件动
学模 型是 Ｓｔｒｉｂｅｃｋ应用 Ｈｅｒｔｚ理论 建立 的球 轴承静 力分析 模型 ，由 力学模型嘲，系统地研究 了滚动轴承动力学 的时变性 能。１９８５年 Ｐ．
对滚 动体转速 引起 的离心力和 陀螺力矩进行 了考 虑存并 提 出了套 滚动轴承 的仿 真研 究是随着轴承力学模型 的发 展 同步前进 的。
圈控制理论 ，基于此建 立的球轴 承拟 静力学分析模型对滚动体 的载 Ａ．Ｂ．Ｊｏｎｅｓｔｓｌ于 １９６０年首 次编写计算机程序对轴承载荷分 布 、刚度 以
发展到拟动力学分析阶段 。随后 ，在近 ３Ｏ年 的时间里 ，拟动力学分 不 断 完 善 ，拟 静 力 学 方 针 软 件 也 在 不 断 升 级 ，２００２年 Ｊ．ｖ．
析模 型不 断完善并获得 了广泛应用 ，但是 由于拟动力学将差 分代 替 Ｐｏｐｌａｗｓｋｉ等开发出了 目前 为止 最完善 的拟静力学分析软件 ＣＯＢＲＡ
关键词：滚动轴承：动 态性 能；仿真分析
工作在高速重载工况 下的滚动轴承常出现提前失效 ，通过对其 学 问 题 。
失效形式 统计 发现轴 承承载性能 和动 态稳定性是 导致 轴承 提前失 为 了模拟轴承运转过程 中的时变性能 ，研 究轴承 的瞬态动力学
效的主要原因 。为准确预测轴承的动态性能 ，轴承动力学分析是必 行为 ，轴承 的拟动力学分析模型逐渐被完全动力学分析模 型替代。
预定 的方位 附 近检 测期 间获 得满 意 的通 信效 果 ，就不 需要 进 行 ５结 论
３６０。 盘 旋 飞 行 试 验 。
本文依据 ＣＣＡＲ２５与 ＡＣ２５—７Ａ的相关规定 ，及 甚高频系统 的
高速滚动轴承-转子系统非线性动力特性分析
球轴承中，滚动体与内圈和外圈滚道为点接触，以哈姆洛克
来稿日期：2019-02-17 基金项目：国家自然科学基金项目（E050402/51105187）；辽宁省自然科学基金指导计划项目（2019ZD0277）；
辽宁省教育厅项目（2017FWDF01）；辽宁科技大学创新团队建设项目（601009830） 作者简介：李 昌，（1980-），男，辽宁凌源人，博士研究生，副教授，主要研究方向：机械可靠性工程；Fra bibliotek1 引言
随着高铁和航空航天等技术领域迅猛发展，滚动轴承作为关 键支承部件，对其研究也不断地深入。目前，对高速滚动轴承—转子 系统的非线性动力学特性研究已经取得了一定的成绩。文献[1]建立 了滚动轴承转子系统的不平衡—碰摩耦合故障动力模型，分析了 转速、轴承间隙、碰摩刚度等对系统动力响应的影响。文献[2]建立 了考虑径向内间隙的滚动轴承—平衡转子动力学方程，研究不同 间隙的分岔和混沌等特性。文献[3-4]以滚动轴承—Jeffcott 刚性转子 系统为研究对象，建立其动力学方程并研究系统的动力学特性。 文献[5]以陀螺仪滚动轴承—转子系统为研究对象，通过求解系统
粤遭泽贼则葬糟贼：A nonlinear dynamic equation is established for the high speed rolling bearing -rotor system，considering some nonlinear factors，such as oil film，radial clearance，nonlinear bearing force，and so on. A fter that，bifurcation diagrams，phase diagrams，axes contrails，Poincar佴 maps and frequency spectrum diagrams are gained at the different parameters by the RungeKutta algorithm. A t the same time，the influence of speed and damping on its nonlinear vibration displacement is analyzed. The results show that system vibration cycle increases or decreases in sequence，with the increase of speed. A nd there is no violent change. System has parametric vibration，forced vibration and coupling vibration. The small damping system occurs chaos phenomenon and is not stable. On the contrary，the big damping can restrain nonlinear vibration，and system occurs violent change and is relatively stable. The stability of system can effectively improved by selecting reasonable damping and speed. Key Words：Rolling Bearing；Rotor System；Oil Film；Nonlinear Dynamic Characteristics；Runge-Kutta Algorithm
基于Workbench的高速电主轴动力学特性分析
图 ６ 低 频 时 电 主轴 前 端 径 向位 移 响 应 曲线
（ ２ ）本 文 中有 限元 分析 的思路 也 可 以用在 电主轴 部件 的各项设 计 与分析 优化方 面 。如果对 主轴关 键 部 位进 行 实验数 据 实测 ， 并 将其 与理论 分析 结合起 来 ， 则 能够 进 一步提 高仿 真分析 的精 度 。
ＧＯＮＧ Ｌｉ ・ ｑ ｌ ｎ，Ｊ Ｉ Ａ Ｙｕ － ｑ ｉ ｎ
６ ｄ奎 ． ４ ｏ ０ ２ ｎ ‘ Ｅ
般 以不 超 过其 一 阶临 界 转 速 的 ７ ５ ％为 宜嘲 。本 文 电 主轴 的 转 速符 合这 个标 准 。
１ ． ５
目
轴 ６阶 固有频率 附 近 的响 应 曲 线 可 以看 出 ， 主轴 前 端 径 向响应位 移仍 然呈增 长趋 势 。 主轴在 强制 频率 １ ０ ０ ０ Ｈｚ 工作 时 ， 主轴前 端 面 的 径 向位 移 在 １ ． ７ ９ ×１ ０ ｍ～ ９ ． １ １ ×１ ０ ｍ 之间 ， 此
参考文献 ：
：
ｏ ７ ２ 釜 ２ ２
ｏ
ｂ
频 翠／ ｒ ｔ ｚ
［ １ ］ 巫少龙 ， 张元祥． 基 于 ＡＮＳ ＹＳ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ的 高 速 电 主 轴 动力学特性分析 ［ Ｊ ］ ． 组 合 机 床 与 自动 化 加 工 技 术 ， ２ ０ １ ０
作 频率 为 ２ ５ ０ Ｈｚ 时， 位移量不到 ４ ９ ． １／ ｘ ｍ， 能够 满 足 电主轴 单元 工作 时的精 度需求 。
４ 总 结
Ｅ ８ ３ 张世珍 ， 刘炳业 ， 范 晋伟 ， 等． 电 主 轴设 计 的 几 个 关 键 问 题 ［ Ｊ ］ ． 制造技术与机床， ２ ０ ０ ５ （ ８ ） ： ５ ０ — ５ ２ ．
开题报告高速滑动轴承电主轴——转子系统动力学性能的研究课件
高速滑动轴承电主轴——转子 系统动力学性能的研究
姓名：鲁豫鑫 学号：11721167 专业：机械设计及理论 导师：李松生
1
目录
1
课题来源
2
研究目的和实践意义
3
国内外研究状况
4
主要研究内容
5
主要研究方法
6
课题计划安排
7
预期目标
开题报告高速滑动轴承电主轴——转
一、课题来源
上海市重点实验室 科研项目
开题报告高速滑动轴承电主轴——转
下轴瓦无量纲油膜力分布
上轴瓦无量纲油膜力分布
开题报告高速滑动轴承电主轴——转
❖ 3、滑动轴承动力特性系数的计算
❖ 油膜的动力特性，反应了当轴颈偏离了静平衡位置并在 此位置附近作变位运动时油膜力的相应的变化情况。力 的变化与扰动之间的关系一般是非线性的，当扰动是微 小量时，为简化分析，可以把这种关系线性化。
响应； 完成试验台的搭建并确定试验方案，试验得出系统的 2013.07-2013.09 固有频率和动态响应； 整理实验结果并与理论结果相比较，验证理论的正确 2013.10-2010.11 性；
2013.12-2014.03 完成论文写作、修改定稿，准备答辩；
开题报告高速滑动轴承电主轴——转
❖ 7、预期目标
学
Lund提出了油膜力用八个刚度、阻
尼系数表述的线性化模型，将滑动
轴承与转子结合在一起研究；
F.Ehrich通过实验证明并分析了燃
气轮机的混沌现象；
Zavodney、Nayfeh等通过研究揭
示系统出现的倍周期分叉、倒分叉
和混沌等动力学行为。
杨金福等提出了油膜-转子系统中轴 承运行失稳的判据方程，解释了油 膜力的作用机理； 陈予恕、曹树谦等给出了圆盘-轴段 形式的转子系统模型建模准则； 张大志等建立了考虑非线性油膜力 的非线性刚度轴转子系统的动力学 模型； 陈予恕等对弹支刚性转子系统的碰 摩进行了研究； 陈照波、焦映厚等对非线性转子— —轴承系统动力学分叉及稳定性进 行了分析研究； 牛玉清、徐鉴等分析了多圆盘转子 系统在非线性油膜力作用下的周期 性运动及稳定性；
高速雕铣机床电主轴动态特性分析
１ 电主轴有 限元建模
本文研究的高速雕铣机电主轴本身是一根空心 系统的共振 ， 会使得刀具磨损或破损加剧 ， 增加机床 的阶梯轴 。主轴上装有 电机转子 、 轴承 以及其他紧 固 导轨的动态载荷 ，从而降低整机的寿命 和机床 的精 件等 。轴上的零件增强了相应轴段的质量和抗弯刚 度 保 持性 ［ １ １ 。 同时 ， 动 态 切 削 力 也会 引 起 机 床 的受 迫 度 ， 应该进行等效简化。等效的原则是保证轴段总 的
５ ７
《 装备制造技术｝ ２ ０ １ ５ 年第 １ ０ 期 为２ ４ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ， 计算得激振力的频率为 １ ６ ０ ０ Ｈ ｚ ．
布的弹簧一 阻尼系统 ， 即为 Ｃ Ｏ Ｍ Ｂ Ｉ Ｎ Ｉ ４ 单元 。完成单
１ ． 前 轴承 ２ ． 定子 ３ ． 冷却水 套 ４ ． 转子 ５ ． 后轴 承 ６ ． 壳体 ７ ． 主轴 ８ ． 过盈套 ９ ． 冷却 水出 口 １ ０ ． 冷却水人 口 １ １ ． 润滑系统入 口
元选取 、网格划分及边界 条件 的有 限元模型 如图 ２
所示。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ５ — ０ ７ — ０ ８
作者简介 ： 李
林（ １ ９ ８ ｌ 一 ） ， 男， 湖南湘 乡人 ， 工学硕 士 ， 讲 师， 主要研究领域为先进制造装备及其 自动化 、 精密加工 — — 卫 霞 — — — — 叠 一 — — — — 时 ＋ 廿 ＿ ０ ｏ 一 ＼ １ 一 十 ｌ … 一 ＿ 一 怔 』
图 １ 高速雕铣 机电主轴 装配图
处理。 因此 ， 本 文 模 型选 用 Ｓ Ｏ Ｌ Ｉ Ｄ ４ ５三 维 实体 结 构单 元 对 主 轴 主体 进 行 网格 划 分 。将轴 承模 拟 成 ４个 均
高速滚动轴承-转子系统动力学特性分析
0引言滚动轴承在工业设备中的应用极为广泛，而降低轴承转子系统的运动过程中的阻尼系数是非线性动力学研究的重点内容。
由于滚动轴承的运动原理是依托元器件之间的滚动接触实现，因此在点线接触过程中做好油膜润滑至关重要，通过保障轴承与器具之间润滑状态的稳定，包括油膜状态与厚度、压力分布情况等，有效控制摩擦系数都是研究的重点对象。
在设备处于工作状态时，由于转子系统的不规则振动，轴承的润换状态会受到不同程度的影响，从而使阻尼系数发生变化，这也是动力学特性研究的主要方向。
1滚动体与轴承接触后刚度与阻尼系数的变化当滚动体与轴承内外圈进行接触时，钢球会在内径方向上形成接触区，并据此形成类似于图1的接触阻尼模型，我们可以将该情况下产生的刚度-阻尼系数视同为内外墙同时解除后的刚度-阻尼系数[1]。
图1接触-阻尼模型示意图计算在该情况下产生的角频率阻尼系数，要结合在同一工作周期内该轴承与滚动体摩擦的次数（激励频率）来进行研究，当摩擦次数较多时，刚度-阻尼系数已经不存在相关性，或可认为二者之间的数据联系不存在；在中等激励频率下，阻尼系数的特性会产生接触变在对钢丝进行热处理的生产操作中，对于倒立式收线机的“V”形盘的使用应设计为传动模式，并将其分为两组进行控制。
每一台收线设备的机架应被设计成两列，每列需要配备至少1台千瓦数为5.5的变频电机。
该型号的电机自带斜齿轮减速驱动功能，可实现集中传动。
此外，在斜齿轮蜗杆减速机空心轴的位置，可垂直安防“V”形盘。
对于传动方式的设计，应使用机械离合器对其轴上的每个传动头进行控制[2]。
而是对于离合器的设计，通过对其分与离的设计，可将其单头的操作设计成集中收线与独立收线两种。
3.3“V”形盘的设计对“V”形盘的设计，主要可以分为两种，一种是对其形状的设计，另一种是对其机架的设计。
①其形状的设计。
倒立式收线机的主轴设计是一体的，在人员进行设备检修的过程中，无需将“V”形盘进行拆卸，仅需将其平台之上的6颗螺栓进行拆除，后将主轴部分吊出即可。
高速加工中心电主轴的静动态特性分析
高速加工中心电主轴的静动态特性分析ee（ee）指导老师：ee[摘要]：作为加工中心重要部件之一的电主轴，研究电主轴系统的静动态特性分析为加工中心的发展奠定基础，本文研究主要内容如下；第一;从设计电主轴应考虑的问题出发，确定电主轴的基本参数及其结构，合理选择轴承及确定轴承的支撑形式，主轴的冷却方式，润滑方式等。
第二;应用机械动力学原理，建立符合高速主轴单元的动力学微分方程，通过求解得到固有频率和振型，分析影响电主轴静动态特性的主要原因。
第三;应用 ANSYS 软件对电主轴单元进行了模态分析和谐响应分析。
模态分析得到了电主轴的各阶振型和固有频率，以及临界转速；谐响应分析得到电主轴前端对频率的响应位移曲线，并提出改善电主轴动态特性的措施。
[关键字]：电主轴；静态特性；动态特性；ANSYSAnalysis Of Static And Dynamic Characteristics Of HighSpeed Machining Center Spindleee(ees)Tutor:eeAbstract: As one of the important components of machining center spindle, electro-spindle system of static and dynamic characteristic analysis of the Foundation for development of machining centers, and main contents of the paper are as follows.Firstly spindle from the design issues that should be considered to determine the basic parameters and structure of spindle and bearing selection and determine reasonable bearing form of support, the spindle cooling, lubrication and so on.Secondly mechanical dynamics, high-speed spindle dynamics of differential equations was established, obtained by solving natural frequencies and modes, analyzing the main cause of electric spindle of static and dynamic characteristics.Thirdly application of ANSYS software in electric spindle units the modal analysis and harmonic response analysis. Modal analysis of spindle of the first mode shape and natural frequencies and critical speeds; harmonic response analysis electro-spindle on frequency response curve, and measures was proposed to improve dynamic characteristics of electric spindle.Key words：Electric spindle: Static characteristics:Dynamiccharacteristics:ANSYS.目录1.绪论 (1)1.1 课题研背景及意义 (1)1.2 电主轴技术的研究现状 (1)1.2.1 高速电主轴国内研究现状 (1)1.2.2 高速电主轴国外研究现状 (2)1.2.3 高速加工中心的电主轴的国内外的发展趋势 (2)1.3 本课题研究的目的 (3)1.4 本章小结 (3)2.高速电主轴 (4)2.1 高速电主轴设计中应考虑的问题 (4)2.2 高速电主轴的基本参数与结构 (4)2.2.1 高速电主轴的基本参数 (4)2.2.2 高速电主轴的结构 (5)2.3 高速电主轴的支撑形式与轴承选择 (6)2.4 高速电主轴的润滑 (6)2.5 高速电主轴的冷却 (6)2.6 电主轴的静态特性 (7)2.7 主轴的动态特性 (7)2.7.1 电主轴单元多自由度振动微分方程 (8)2.7.2 子空间迭代法 (11)2.8 本章小结 (12)ee 3.电主轴静动态特性的有限元分析 (13)3.1 电主轴有限元模型的建立 (13)3.2 电主轴静力学分析 (14)3.2.1 典型受力条件下的主轴受力计算 (14)3.2.2 电主轴单元静力分析 (15)3.3 高速电主轴的模态分析 (16)3.4 高速电主轴的谐响应分析 (18)3.5 提高电主轴单元动态性能的措施 (19)3.6 本章小结 (19)4.结论 (20)致谢 (21)参考文献 (22)附录1.绪论1.1 课题研背景及意义以高切削速度,高进给速度,高加工精度为主要特征的高速加工是继数控技术之后,使制造技术生产第二次革命性飞跃的一项高新技术.它不仅具有极高的生产率,可以显著地提高零件的加工精度和表面质量,而且在材料的去除机理上也产生了本质的变化,是实现一些难加工材料,低刚度零件切削加工的高效手段。
风电齿轮箱高速轴圆锥滚子轴承动态特性分析
风电齿轮箱高速轴圆锥滚子轴承动态特性分析沈意平;徐默然;唐斌龙;李卉【摘要】齿轮箱是风电机组故障率最高的部件之一,其中高达50％的故障停机源于高速轴轴承的过早失效.外部变风载激励和齿轮箱内部激励下,高速轴轴承动载增大,将加速高速轴轴承破坏失效.以某750 kW风电齿轮箱高速轴圆锥滚子轴承为分析对象,采用ADAMS软件建立圆锥滚子轴承的多体动力学仿真分析模型,研究轴向载荷和径向载荷变化对轴承动态响应特性的影响,基于美国Spectra Quest转子实验台开展圆锥滚子轴承振动响应特性实验,掌握了圆锥滚子轴承的动态接触力与振动响应变化规律,将为风电齿轮箱高速轴圆锥滚子轴承选型与齿轮箱设计提供理论依据.【期刊名称】《噪声与振动控制》【年(卷),期】2019(039)003【总页数】5页(P7-10,43)【关键词】振动与波;圆锥滚子轴承;动态响应特性;多体动力学;动态接触力【作者】沈意平;徐默然;唐斌龙;李卉【作者单位】湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室,湖南湘潭411201;湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室,湖南湘潭 411201;湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室,湖南湘潭 411201;湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室,湖南湘潭 411201【正文语种】中文【中图分类】TH133.3风电齿轮箱是双馈风电机组中连接叶轮和发电机的重要部件，是传递能量和承受风载的核心部件。
根据美国[1]和欧洲[2-3]相关研究机构统计资料表明：齿轮箱是风电机组故障率最高的部件之一，其引起的故障停机时间最长，其中约达50%源于高速轴轴承故障。
高速轴输入端常采用圆柱滚子轴承，输出端采用圆锥滚子轴承，由于外部风载激励和内部激励，特别是齿轮箱输出轴与发电机轴不对中，将使高速轴轴承载荷增大，给轴承带来附加位移和动载响应，加速高速轴轴承过早失效[4-8]。
根据ISO281轴承寿命计算公式，如果当量动载增大5%，其寿命将降低约15%。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
７
文 章编 号 ： ０ ６ １ ５ （０ ２０ —０ ７０ １ ０ －３ ５２ １）２０ ０ —６
高速 电主轴转子一 轴承 系统 动态特性分析
孟德浩，龙新华， 孟 光
（ 上海交通大学 机械 系统与振动国家重点实验室，上海 ２０ ４ ０２ ０）
式 中 ｛） 系统 节 点位 移 ， 为系 统质 量矩 阵 ， ｘ为 ［ ［
紧 力变 化 引起 的轴 承 刚度 变 化 ， 解 轴 承动 态 特 性 求 方程 组 。在解 方程 组 的过程 中， 通过 变换 求解 变量 ， 得 到 了以接触 角 为初 始变量 的 简化 求解 方法和 电主
工过程 的稳定性与主轴 一夹具一刀具系统的动态特 性密切相关。为了确定高速 电主轴轴承预紧力及转 速对 其 动 态特 性 的影 响 ， 文 首先 建 立 电主 轴 转 子 本 轴 承 系 统 的 简化 模 型 ， 考虑 由于 转速 Ｉ Ｆ
…
Ｉ ＝ ］【］ ［ ＋ 豳
基金项 目： 国家重点基础研究计划 （７ ￣ ｔＯ １ Ｂ ０ ８ ３ ； ９ ３ Ｊ ｌＣ ７ ６ ０ ） ２
国家 重 点 实 验 室 自主 课 题 （ Ｓ － ．０ ０１ ） Ｍ Ｖ ＭＳ２ １．１ 作 者 简 介 ： 德 浩 （９ ６ ， ， 南 人 ， 械 设 计 专 业 ， 士 孟 １ ８一） 男 河 机 硕
ｓ ｉ ｄ ｅ ｗａ ｏ ｄ ｃ ｅ ． ｈ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｎ ｈ ｅ ｒ ｔ ａ ｅ ｕ ｔ ｗｅ ｅ ｆ ｕ ｄ ｔ ｅ ｉ ｇｅ ｍｅ ｔ ｓ ｅ ｔａｌ ． ｉ， ｐ ｎ ｌ ｓｃ ｎ ｕ ｔ ｄ Ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｍｅ ｔ ｌ ｓ ｌ ａ ｄ ｔ ｅ ｔ ｏ ｅｉ ｌ ｓ ｌ ｒ ｎ ｂ ａ ｅ ｎ ｓ ｎ ｉｌ Ｔｈ ｓ ｒ ｓ ｈ ｃ ｒ ｓ ｏ ｏ ｎ ｅ ｙ ｔ ｅｃ ｒｅ ｔ ｅ ｓ ｆ ｈ ｓ ｎ ｌ ｓｓｍｅ ｏ ｓ ｅ ｉ ｅ ． ｈ ｏ ｒ ｃｎ ｓ ｉ ａｙ ｉ ｔ ｄ ｗａ ｒｆ ｄ ｏ ｔ ａ ｈ ｖ ｉ
合 起 来 。然 后 以 １０ Ｓ ５２ Ｌ电 主轴 为例 ， 该 电 ５ Ｅ １—０ 对
［ ｛｝ Ａ［ ｛｝ ＝ ］
（ ２ ）
其 中 Ａ称 为特 征值 ， 是系 统 固有频 率 的 平方 ， 向 列
量 ｛ 称 为特 征 向量 ， 由其可 以得 到系统 的阵型 。 ［ 和 ［ ］ 决 于 主轴 的尺 寸 和 材料 ， ］ 取 取 ［ 既 决 于 轴承 的几何 和 材 料 参数 ， 同时也 取 决 于轴 承 的
到 轴 承 一转 子 系 统 的 限制 ， 因此研 究 轴 承 一转 子 系
收 稿 日期 ：０ １０ —０ 修 改 日期 ：０ １ ８２ ２ １－７２ ： ２ １－ ． １ ０
电主 轴 主 要采 用 角 接 触 球轴 承支 撑 ， 轴 承 对 球
转 子 一轴 承系 统 的动 态特 性 有 重 要 影 响 ， 内部 滚 其
珠 和 内外 滚 道 受 力 分 析 基 于 Ｈｅ Ｚ 触 理 论 ， ｎ接 在 Ｈｅ Ｚ ｎ 接触 理 论 基础 上 轴 承 的 动 态 特 性 计 算 先 球 后 经 历 了拟 静 力 学 、 动 力 学 、 力 学 的 发 展 历 拟 动
程 ］ 。Ｎｅｓｎ和 Ｍｃ ａ ｇ 首先 把 有 限元 方 法 成 ｌ ｏ Ｖｕｈ
ｍ ｏｄ １ｔ ｓ ａ ｅ ｔ
电主 轴 单 元 是 数控 机 床 的核 心 部 件 ， 性 能 好 其 坏 很 大 程 度 上 决 定 了机床 的加 工 精 度 和 生产 效 率 ，
统 的动 态特 性 对研 究 电主轴 的动态特 性 及数 控 机床
的切削 稳定 性有 重要 意义 。
随着 市 场对 高速 高效 加 工 的 需求 ， 究 电主 轴 的动 研 态 特性 显得 非 常有 必 要 ” 设计 电主 轴 的 时候， 。在 总 是 尽 量 使 其 刚度 最 大 化 ， 而 电主 轴 的 总 体 刚 度 受 然
影 响 ， 其 只 考 虑 了轴 承 的静 态 支撑 刚度 。上述 文 但 献 都 没有 把 电主轴 轴承 的动 态支 撑 刚度 同转子 一轴 承 系 统 的动 态 特 性研 究 很 好 的 结合 。然而 ， 削加 铣
力 和轴 向位移 。 由 以上 假设 分析 可 以得到 转子 一轴 承系 统 的简 化 模型 （ ） 图２ 及其 运动 微分方 程 ｕ 。 １
为系统刚度矩 阵， 为外载荷 向量， 为转子刚度 旧 ［ Ｋ］ 矩 阵， ］ 为轴 承 刚 度矩 阵 。 当载 荷 列 向量 为零
向量 时 ， 到 系统 的 自由振动 微分 方程 ， 统 的固有 得 系
频率和 阵型 问题 可 以归结 为求解 下式
轴轴承对转子的支撑刚度， 电主轴轴承的动态支 把 撑 刚度 同转 子 一轴承 系统 的动 态特 性研 究很 好 的结
究 了超 高速 电主轴 的动 力 学特 性 ， 发现 电主轴 运 行
模 型为梁 的横 向弯 曲振动 。 （） 略轴 上 附加 零件 本身弯 曲刚度 的影 响。 ２忽
（ ）忽 略转 子系 统 内部 的 阻尼 作 用 ， 略轴 向 ３ 忽
到 超 高速 时 ， 承 刚度 有先 降低 后 增高 的趋 势 。 轴 Ｌｎ ｉ 综合 考 虑 了轴 承热 特 性 ， 轴承 预 紧 力和 刚度 的
（ ｔ ｅＫ ｙＬ ｂ ｒｔｒ ｆ ｃ ａ ｉ ｌ ｙｔｍ ｎ ｂａｉｎ ｈ ｎ ｈ ｉｉｏｏ ｇＵｎｖ ｒｉ ， Ｓａ ｅ ａ ｏａｏｙｏ ｈ ｎｃ ｓ ａ ｄ ｔ Ｍｅ ａＳ ｅ Ｖｉｒｔ ，Ｓ ａｇ ａ Ｊ ｔｎ ｉｅｓｙ ｏ ａ ｔ
Ｓ ａ ｇ ａ ０ ２ ０ ｈ ｎ ｈ ｉ２ ０ ４ ，Ｃｈｎ ｉ ａ）
Ａｂ ｔ ｃ Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｑ ａ ｉ ｔｔ ｃ ａ ｉ ｓｍｏ ｅ ｆｒ ｌ ｎ ｅ ｒｎ ，ａ ｓｍｐ ｉ ｅ ｔ ｏ ｏ ｓ ｌ ｅ ｔ ｅ ｄ ｎ ｍｉｓ ｓ ａ ｔ： ｓ ｄ ｏ ｈ ｕ ｓ— ａ ｉ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｄ ｌｏ ｌ ｇ ｂ ａｉ ｇ ｉ ｌ ｄ ｍｅ ｈ ｄ ｔ ｏ ｖ ｈ ｙ ａ ｃ ｒ ｓ ｃ ｏ ｉ ｉ ｆ
下轴承 的支 撑冈 度及系统 的 １ ２ 、 阶固有频率 。最 后进行 电主轴静 态锤击实验 ， 实验结果和 理论结果基本一致 ， 验证理
论 分 析 的正 确 性 。
关键词 ： 振动与波 ；电主 轴； 子一轴承 系统； 转 动态支撑 刚度 ； 限元 分析 ； 有 模态实验 中图分类号 ： ２ １ ２ Ｔ １ ． ｏ ４ ． ； Ｈ１３１ ８ 文献标识码 ： Ａ ＤＯＩ 编码： ０ ９ ９ ．ｓ． ０ —３ ５２ １． ． ２ １３ ６ ／ｉ ｎ１ ６ １５ －０ ２０ ０ ｊｓ ０ ２０
ｅ ｕ ｔｏ ｆｔ ｅ ｂ ａ ｉ ｇ ｗａ ｒ ｐ ｓ ｄ ｂ ｈ ｏ ｉ ｇ ｔ ｅ ｃ ｎ ａ ｔａ ｇ ｅ ａ ｈ ｎ ｔ ｌｖ ｒ ｂ ｅ Ｔ ｅ ｓ ｐ ｏ ｔ ｓｉ ｎ ｓ ｆｔ ｅ ｑ ａ ｉ ｎ ｏ ｈ ｅ ｒ ｓ ｐ ｏ ｏ ｅ ｙ ｃ ｏ ｓ ｈ ｏ ｔ ｃ ｎ ｌ ｓ ｔ ｅ ｉ ｉ ａ ａ ｉ ｌ ． ｈ ｕ ｐ ｒ ｔ ｅ ｓ ｏ ｈ ｎ ｎ ｉ ａ ｆ ｂ ａ ｉ ｇ ｗａ ｅ ｉ ｅ ， ｎ ｎ ｅ ａ ｎ ｘ ｅ ｎ ｌｆ ｃｏ ｓａ ｅ ｔ ｇ ｔ ｅ ｓ ｐ ｏ ｔｓｉ ｅ ｓｗｅ ｅ ａ ａｙ ｅ ． ｓｍｐ ｉ ｅ ｄ ｌ ｅ ｎ ｓｄ ｒ ｄ ａ ｄ ｔ ｉ ｔ ｒ ｌａ ｄ ｅ ｔ ｒ ａ ａ ｔ ｒ ｆ ｃ ｉ ｈ ｕ ｐ ｒ ｔｆ ｓ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄ Ａ ｉ ｌ ｄ ｍｏ ｅ ｒ ｖ ｈｅ ｎ ｎ ｎ ｉ ｆ ｏ ｅ ｒ ｔ ｒ ｅ ｒ ｇ ｓ ｓｅ ｆ ｒ ａ ｈ ｇ ｐ ｅ ｐ ｎ ｌ ｎ ｌ ｄ ｎ ｅ ｅ ｅ ｔ ｆｔ ｅ ｖ ｒａ ｌ ｕ ｐ ｒ ｓｉ ｎ ｓ ｓｅ ｔｂ ｉｈ ｄ ｆｔ ｏ ｏ － ａ ｎ ｙ ｔ ｍ ｏ ｉ ｈ ｓ ｅ ｄ ｓ ｉ ｄ ｅ ｉ ｃｕ ｉ ｇ ｔ ｆ ｃ ｓｏ ａ ｂ ｅ ｓ ｐ ｏ ｔ ｅ ｓｗａ ｓａ ｌ ｅ ． ｈ ｂ ｉ ｈ ｈ ｉ ｔ ｆ ｓ
Ｆ ｎ ｔ ｌｍ ｅ ｔ ｔ ｏ ｓｕ ｅ ｒ ｈ ｏｕ ｉ ｎ ｏ ｅｍｏ ｅ ， ｎ ｅ ｆ ｓ ｒ ｅ ｎ ｅ ｓ ｃ ｎ ｒ ｅ ａｕ ａ ｒ ｑ ｅ ｃｅ ｆ ｉ ｉ ｅ ｅ ｎ ｈ ｄ ｗａ ｓ ｄ ｆ ｅ ｓ ｌ ｔ ｆ ｈ ｄ ｌ ａ ｄ ｔ ｒ ｔ ｄ ｒ ｄ ｔ ｅ ｏ ｄ ｏ ｄ ｒ ｔ ｒ ｌ ｅ ｕ ｎ ｉ ｓｏ ｅ ｍｅ ｏ ｔ ｏ ｔ ｈ ｉ ｏ ａ ｈ ｎ ｆ ｔ ｅ ｈ ｇ —ｐ ｅ ｐ ｎ ｌ ｔ ｉ ｅ ｅ ｔ ｏ ａ ｉ ｎ ｓ ｅ ｄ ｎ ｘ ａ ｒ ｌａ ｓｗｅ ｅｏ ｔ ｉ ｅ ． ｉ ａｌ ， ｔ ｔ ａ ｍｅ ｉ ｇｔ ｓ ｆ ｈ ｈ ｉ ｈ ｓ ｅ ｄ ｓ ｉ ｄ ｅｗｉ ｄ ｆ ｒ ｎ ｔｔ ｐ ｅ ｓａ ｄ ａ ｉ ｌ ｅ ｏ ｄ ｒ ｂ ａｎ ｄ Ｆ ｎ ｌ ａ ｓａｉ ｈ ｍ ｈ ｆ ｒ ｏ ｐ ｙ ｃ ｒ ｔ ｅ ｎ ｅ ｏ ｔ
Ａｎ ｌ ｓｓｏ ｎ ｍ ｉ ａａ ｔｒｓｉｓｏ ｔｒｂ ａ ｉｇ Ｓ ｓｅ ｆ ａｙ ｉ ｆ Ｄｙ ａ ｃＣｈ ｒ ｃｅｉｔ ｆ ｃ Ｒｏ ｏ ， ｅ ｒｎ ｙ ｔｍ ｏ Ｈｉ ｈＳ ｅ ｄ Ｓ ｉ ｄｅ ｇ ｐ ｅ ｐｎ ｌ
Ｍ ＥＮ Ｇ ｅｈａ ，ＬＯＮ Ｇ ｉ ｈ１ ， Ｍ ＥＮ Ｇ Ｇｕ ｎ Ｄ － ｏ Ｘ ｎ－ １ ３ ａ ｇ
摘 要： 基于滚 动轴承受力分析 的拟静 力学模型 ， 过变换求解变量 ， 出以接触角作 为初 始变量求解轴承动态特 通 提 性方程 组的简化求解 方法和 电主轴 轴承对转子 的支撑 刚度 ， 析影响轴承支 撑刚度 的内外部因素 。建立 电主轴转子 分
一
轴承 系统 的简化模 型， 考虑轴承动态 支撑 刚度 的基础上 ， 在 用有 限元 的方法进行 分析 ， 到不 同转速和轴 向预紧力 得
生。