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高速主轴动力学建模及高速效应分析
  • ISSN号:1004-4523
  • 期刊名称:振动工程学报
  • 时间:2012.4.15
  • 页码:103-109
  • 分类:TH113.1[机械工程—机械设计及理论] TG506.1[金属学及工艺—金属切削加工及机床]
  • 作者机构:[1]西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,陕西西安710049
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(51105294 51035007); 教育部博士点基金(20110201120029); 国家重点基础研究发展计划(973计划 2009CB724405)资助项目
  • 相关项目:关键设备故障预示与运行安全保障的新理论和新技术
中文摘要:

考虑高速旋转部件的离心力和陀螺力矩效应,利用Timoshenko梁单元和转盘单元建立主轴转子、转盘、主轴箱等部件有限元模型,并对Jones轴承模型进行扩展建立高速滚动轴承非线性模型。将各子部件模型进行集成,得到整个高速主轴系统的非线性动力学方程,并进行试验验证。分别从转子陀螺力矩、转子离心力和轴承软化这三个角度,系统地研究高速旋转状态下主轴-轴承系统内部的速度效应及其对整个系统动态特性的影响规律。结果表明:当系统存在较大的阻尼比(1%~5%)时,陀螺力矩对系统的直接频率响应函数影响不明显,但是对交叉传递函数的影响显著;随着主轴转速的升高,主轴转子的离心力效应会逐渐削弱主轴系统的刚度,最终使整个高速主轴系统的固有频率降低;必须综合考虑主轴转子的离心力效应和轴承的软化效应,才能比较准确地仿真高速主轴系统的动力学特性。

英文摘要:

With consideration of the centrifugal force and the gyroscopic moments for the rotating components with high speed,the Timoshenko beam element and disk element are used to model the spindle rotor,disk and the spindle housing.The Jones' bearing model is extended and a nonlinear model for high-speed bearings is obtained.By assembling the model of each component,the nonlinear dynamic equation of the whole spindle system is given with experimental validation.The speed effects within the spindle-bearing system and their influences on the dynamic properties of the whole system are studied systematically from three aspects,i.e.,gyroscopic moment of the rotor,centrifugal force of the rotor,and bearing softening.The results show that,when the damping ratio is relatively large(1%~5%),the gyroscopic moment can hardly affect the direct transfer function,but can change the cross transfer function obviously;with the rise of the spindle speed,the centrifugal effect of the spindle rotor decreases the stiffness of the spindle system gradually,which causes the drop of the natural frequencies of the high-speed spindle system;the centrifugal force's effect of the spindle rotor and bearings' softening effect need to be included synthetically so as to accurately simulate the dynamic properties of the high-speed spindle system.

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期刊信息
  • 《振动工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国振动工程学会
  • 主编:刘人怀
  • 地址:南京市御道街29号
  • 邮编:210016
  • 邮箱:zdxb@nuaa.edu.cn
  • 电话:025-84895885
  • 国际标准刊号:ISSN:1004-4523
  • 国内统一刊号:ISSN:32-1349/TB
  • 邮发代号:28-249
  • 获奖情况:
  • 1995年江苏省首届期刊质评一级期刊,1997年获中国科协优秀期刊,1999年获国家自然科学基金委经费资助
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,美国应用力学评论,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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