为什么要对电主轴matlab 传递函数矩阵矩阵进行修改

技术培训书店《传递矩阵工艺技术》
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字:详细描述:此套资料包含2套内容,全套共计270元,包含运费第一套资料:《非线性转子系统中的传递矩阵技术&》出版社最新出版图书第二套资料:《各种传递矩阵设计加工生产工艺技术汇编》光盘,包含以下目录所对应内容,几乎涵盖了所有这方面的内容,全部汇总在一起;图书介绍&目录如下:前言第1章&绪论1.1&非线性转子-轴承系统中传递矩阵技术的发展历程1.2&传递矩阵技术在工程中的应用参考文献第2章&传递矩阵技术的数学力学基础2.1&数学建模方法现状2.2&传递矩阵技术基础2.2.1&传递矩阵法原理2.2.2&典型元件的传递矩阵2.2.3&轴段的场传递矩阵2.2.4&集中质量的点传递矩阵2.2.5&粘弹性支承元件的传递矩阵2.2.6&轮盘站的传递矩阵2.3&挤压油膜阻尼器轴承的油膜力模型2.3.1&挤压油膜阻尼器在航空发动机上的应用2.3.2&机动飞行对发动机振动的影响2.3.3&挤压油膜阻尼器工作原理2.3.4&挤压油膜阻尼器的油膜力2.3.5&挤压油膜力的非线性特性分析参考文献第3章&非线性转子-轴承系统瞬态分析的传递矩阵技术3.1&Prohl传递矩阵瞬态分析技术3.1.1&借Newmark差分公式建立传递矩阵3.1.2&用改进的Prohl传递矩阵法求瞬态响应3.1.3&改进的Prohl传递矩阵法的数值稳定性分析3.1.4&例题及讨论3.2&连续空问离散时间——传递矩阵分析技术3.2.1&线性转子系统的传递矩阵瞬态分析技术简介3.2.2&连续空间离散时间——Riccati传递矩阵积分法3.2.3&计算分析结果3.3&Riccati传递矩阵瞬态分析技术3.3.1&Riccati传递矩阵法的改进3.3.2&新型传递向量{z}j的传递矩阵3.3.3&方法的数值稳定性分析3.3.4&例题及分析参考文献第4章&非线性转子系统动力响应分析的模态叠加-传递矩阵技术4.1&轴段场传递矩阵的建立4.2&非线性转子系统的瞬态分析4.2.1&方法概述4.2.2&计算结果分析参考文献第5章&非线性转子系统稳态响应分析的传递矩阵一等效线性化技术5.1&等效线性化——Prohl传递矩阵技术5.1.1&研究的基本思路5.1.2&非线性元件的谐波平衡线性化5.1.3&线性化技术的理论分析5.1.4&算例及结果分析5.2&非线性多转子——支承系统的偏置协调响应分析5.2.1&Riccati传递矩阵法及系统稳态响应的求解5.2.2&矩阵传递方式分析5.2.3&例题及计算结果分析光盘内容介绍&目录如下:1&基于最优传递矩阵的层次分析法在桥梁震害评估中的应用&2&基于传递矩阵的内燃机电站排气消声器优化设计&3&瑞利面波理论及其在地基处理中的应用研究&4&竖向激励下弹性半空间单一覆盖层的表面位移&5&柱面分层流体饱和孔隙地层中的声波测井波场模拟&6&汽轮发电机组轴系扭转振动固有特性计算&7&环状分块覆盖ACLD圆柱壳振动分析的新矩阵方法&8&基于摄动Riccati传递矩阵的梁桥损伤概率识别方法&9&考虑流固耦合的典型管段结构振动特性分析&10&温克勒地基上弹性层状体系动态弯沉的计算&11&Holzer传递矩阵法在计算轴系扭振固有频率时的应用&12&传递矩阵法分析水塔的稳定性&13&基于最优传递矩阵理论的地铁车站基坑安全性评价&14&主动约束层阻尼圆柱壳动力学分析的新传递矩阵法&15&垂直入射时覆盖薄吸声涂层的高频反射特性分析&16&钛板夹芯结构透声窗设计方法&17&传递矩阵-驻波管法研究材料隔声性能&18&分析部分环状覆盖PCLD圆锥壳自由振动与阻尼特性的半解析法&19&覆盖被动约束层阻尼拱壳的传递矩阵解法&20&多肢剪力墙自振频率传递矩阵法简化计算&21&曲线桥分析的精细传递矩阵法&22&结构地震反应的频域精细传递矩阵法&23&周期结构机械滤波器对浮筏隔振系统传递特性的影响&24&刚架结构振动特性分析的精细传递矩阵法&26&传递矩阵法在动力传动系统扭振分析中的应用&27&剪切位移法在分层地基模型中的应用&28&自重压杆稳定性问题分析&29&传递矩阵法对单箱涵洞的静力及自振分析&30&表象理论中转换矩阵和传递矩阵的研究&31&连续梁式压杆固有频率与稳定性分析&32&不确定层次分析法在深基坑支护型式方案优选中的应用&33&多管火箭起始扰动控制研究&34&铝锭堆垛机翻转装置主轴动态特性分析&35&二维渗透各向异性多层地基Biot固结分析&36&基于传递矩阵法的船舶轴系回旋振动计算研究&37&基于传递矩阵法的电主轴动态特性分析&38&结构动力特性分析的传递矩阵法&39&基于传递矩阵法分析考虑自重的变截面高墩稳定性&40&浅谈机械翻转装置的建模和动力学分析&41&曲线桥抗震传递矩阵法&42&流体管道横向振动的频域传递矩阵法&43&激光陀螺捷联惯导系统减振功率谱分析&44&汽轮发电机组轴系扭振固有特性计算&45&基于剪切位移法的单桩非线性简化分析&46&交通荷载下层状道路系统动应力特征分析&47&求曲线箱梁桥自振频率的精细传递矩阵法&48&充液管道的传递矩阵法分析&49&轴向压力影响下裂纹梁振动特性分析&50&格上传递矩阵的性质&51&传递矩阵法在船舶轴系校中计算中的应用&52&考虑分布质量的梁单元传递矩阵公式&54&自行炮发射动力学研究  55&传递矩阵法求桩的位移和内力&56&不对称刚度转子的新型支承设计及动力分析&57&一边弹性支承三边自由矩形板对接处角刚度的识别&58&液氧/煤油补燃火箭发动机氧路低频动特性分析&59&红外隐身一维光子晶体结构反射特性的理论分析&60&有杆泵采油系统故障诊断的快速传递矩阵算法&61&多点输入下大跨结构地震反应的频域精细传递矩阵法&62&基于传递矩阵法的排气消声器改进设计&63&考虑材料特性随温度变化时沥青路面的温度应力&64&基于传递矩阵法的振动筛动态设计研究&65&基于Riccati传递矩阵法分析水下有限长环肋圆柱壳的声辐射性能&66&公路交通荷载作用下分层地基的三维动响应分析&67&流体管道流固耦合14方程频域传递矩阵法&68&轧辊磨床磨头主轴动力学性能分析&69&基于改进AHP的供应商模糊综合评价模型研究&70&带阻尼失谐周期多跨连续梁的振动局部化问题&71&传递矩阵法求解格构地基梁中的应用&72&基于传递矩阵法曲线桥的振动特性分析&73&曲线箱梁桥地震反应的频域精细传递矩阵法&74&排气消声器的声学特性研究及其优化设计&75&基于传递矩阵法的压路机振动轴动态特性分析&76&基于传递矩阵法的风力发电机组塔架结构分析&77&基于改进AHP的供应商评价与选择研究&78&求解地面运动激励下的部分覆盖约束层阻尼贮液圆柱壳耦振的整合状态传递矩阵法&79&传递矩阵法求解风荷载作用下高层框架结构的变形&80&用递推方法计算多层均匀吸声材料的吸声系数&82&载流管道振动频率计算的有限元-传递矩阵法&83&双索面槽型宽翼主梁斜拉桥剪力滞效应分析的传递矩阵法&84&水介质中复合材料壳板结构的声学设计&85&求解结构自振频率的精细传递矩阵法&86&多层层状介质的瑞利面波频散特性&87&曲线桥抗震精细传递矩阵法&88&斜入射下水中隐身夹芯复合材料附体结构声学设计&89&求解电容电路的辛传递矩阵法&90&改进的AHP及其在地灾易发程度分区中的实践&91&微穿孔板传递矩阵计算方法的改进及实验&92&多层横观各向同性地基轴对称固结的传递矩阵解&93&基于改进层次分析法的舰载信息系统作战效能评估&94&多层地基上轴对称受荷弹性圆板问题&95&非同轴穿孔矿用汽车排气消声器声学性能分析&96&基于传递矩阵法主轴转子临界转速分析&97&多层地基非轴对称Biot固结的理论解  98&混流式水轮机可倾瓦轴承转子系统横向自振特性的研究&99&一维光子晶体反射镜的光学能带结构  100&多跨充液管道的振动特性分析&101&波数-频率域内地基土表面位移Green函数的理论分析&102&随钻测井钻柱声波的频谱特性&103&多层渗透各向异性地基非轴对称固结分析&104&大型多支承回转窑简体系统的动力响应分析&105&槽型宽翼受压构件剪力滞分析的传递矩阵法&106&自行火炮固有频率相关性分析的Monte&Carlo传递矩阵法&107&多层均匀材料复合结构的声反射透射特性研究&108&一种轴型盘转子系统临界转速的计算分析&109&声衰减对汽车抗性消声器性能影响的研究&110&层状煤岩介质的基本解&111&直升机动力传动系统扭转振动整体传递矩阵分析&112&直线型失谐周期结构中局部化现象的研究进程和现状  113&层状地基三维Biot固结问题的一个解耦解法  114&低温氦透平膨胀机转子临界转速求解  115&黏弹性层状多孔介质中地震波传播方程的传递矩阵解法  116&分析旋转薄壳的传递矩阵法&117&变截面连续箱梁桥剪力滞及剪切变形双重效应分析的传递矩阵法&118&多层地基上轴对称受荷刚性圆板问题&119&压电层合板振动的鲁棒控制&120&浅层三层地基的SASW法模拟勘测研究&121&机载机关炮发射动力学建模与仿真&122&组合加肋旋转壳应力和稳定性分析的Riccati传递矩阵法&123&新型分层模型求解非均匀土层轴对称问题&124&悬臂板对接处角刚度的识辨&125&用于薄壳消声器传递矩阵中的一种新声源模型&126&某1000MW汽轮发电机组轴承载荷灵敏度计算分析&127&含有分叉的受控多体系统传递矩阵法&128&基于背衬影响的水下声隐身夹芯复合材料结构设计&129&三维直角坐标系下分层地基的传递矩阵解  130&穿孔共振消声器的声场传递机理研究  131&激光陀螺捷联惯导减振系统动力学建模与仿真&132&快速整周模糊度求解在高精度GPS定位和导航中的应用&133&两种计算瑞利波理论频散曲线的传递法模拟对比&134&电主轴动力学分析的传递矩阵法&135&井点抽水时饱和分层地基的传递矩阵解&136&基于传递矩阵法的电流变体-砂浆悬臂梁动态特性仿真&137&柴油机微粒过滤器的声学模型及热态声特性&138&光通信中高精度激光束准直系统优化设计&139&低速运动船只撞击埋置框架结构动力分析模型&140&转子系统不平衡响应计算的Riccati传递矩阵法&141&基于整体传递矩阵法的直齿啮合耦合单元传递矩阵研究&142&基于传递矩阵法的主动磁悬浮转子动态特性研究&143&连续梁瞬态振动离散时间精细传递矩阵法&144&车用柴油机排气消声器的改进设计研究&145&多层饱和地基三维Biot固结问题的一个理论解&146&分离式双肋截面主梁剪滞效应分析的传递矩阵法&147&箱梁剪力滞后分析的传递矩阵法&148&用传递矩阵法分析水下穿孔板结构的透声特性&149&离心水泵的扩展传递矩阵研究&150&分层地基上矩形刚性基础的基底反力、沉降和倾斜计算&151&一种考虑接头半刚性的带式浮桥计算模型&152&计及气流的同轴穿孔管排气消声器消声性能的研究&153&大跨径桥梁综合评估中的不确定型层次分析法&154&长条形超声塑料焊接焊头的简明设计&156&直线型失谐周期结构中局部化现象的研究进程和现状&157&声阻抗在管路柔性元件降噪效果评估中的应用&158&背衬对隔声去耦瓦吸声性能的影响&159&高性能主轴偏心状态传递矩阵法的研究&160&直角坐标系下层状地基力学计算中的传递矩阵技术  161&赫姆霍兹共振消声器结构参数对消声性能的影响  162&抛物线荷载下双参数弹性地基梁的反力计算&163&车用球轴承涡轮增压器临界转速分析&164&燃气轮机转子模态试验与分析&165&地面地震动时程向地层深处反演研究&166&埋入水中旋转薄壳谐耦振分析的传递矩阵法&167&有关传递矩阵法特征值问题的研究&168&水下均匀材料层的反射特性和对比试验&169&大型多支承回转窑动力学建模与分析&170&AIGaN基共振腔增强的p-i-n型紫外探测器&171&通风隔声窗高频声学性能的传递矩阵法分析&172&一种新的电子对抗效果模糊评估方法&173&舰炮振动分析的多体系统有限元传递矩阵法&174&各向同性支撑结构转子的临界转速研究&175&含多处裂纹梁的振动分析&176&列车移动荷载作用下分层地基响应特性&177&强非线性转子-轴承系统的动力响应分析&178&刚性层深度及层间接触状态对FWD动载响应及反算结果的影响&179&基于传递矩阵法的提花机主轴动态特性分析&180&大型水轮发电机组轴系振动稳定性分析&181&弹性地基中变厚度圆柱壳的轴对称弯曲&182&并联内插管双室扩张式消声器的插入损失&183&传递矩阵法在悬浮隧道纵向静力分析中的应用  184&层状地基中混合桩型复合地基的分析方法&185&用传递矩阵法分析机床主轴动态特性&186&环板式针摆行星传动输入轴系振动特性的研究&187&Riccati传递矩阵法在潜艇结构强度和稳定性分析中的应用&188&基于最优传递矩阵层次分析法的改进及应用&189&抗性消声器插入损失的四端子网络计算方法&190&内燃机电站排气消声器设计&191&前屈曲应力状态对组合加肋旋转壳失稳临界压力影响的探讨&192&斜齿轮转子系统弯扭耦合振动分析的整体传递矩阵法&193&抗性消声器消声模型及仿真研究&195&环肋加强变厚度圆柱壳的自由振动&196&动力响应问题的摄动Riccati传递矩阵方法&197&海洋平台中梁的裂纹诊断方法&198&用传递矩阵法预测单层或多层微孔板的吸声性能&199&通风隔声窗声学性能的传递矩阵法分析&200&层状地基中刚性承台群桩竖向力学分析&201&几何非线性机械臂有限段传递矩阵法&202&某车载炮系统振动特性研究&203&大型烟气脱硫系统搅拌轴系固有频率计算&204&线性时变系统二次最优控制问题的保辛近似求解&205&舰炮发射与飞行动力学仿真研究&206&镜像阻抗连接声表面波滤波器建模与仿真&207&计算二维矩形声腔传递矩阵及传递函数的声源模型探讨&208&圆环板支承刚度的识别&209&斜拉桥中拉索对桥面动力特性的影响&210&基于高频电阻抗信号的结构损伤监测&211&基于传递矩阵法的不确定链式结构固有频率区间分析&212&地埋管道与土相互作用平面分析与计算方法&213&Rijke-ZT型脉动锅炉燃烧系统分析&214&基于传递矩阵法的轮对固有频率计算方法&215&管壁不连续对管路中传播的弯曲波的隔离&216&基于层次分析法及其改进对确定权重系数的分析&217&车辆传动系扭转振动分析系统研究与开发&218&应用设计模式实现转子动力学有限元计算的前处理&219&液压流体系统的频域特性分析&220&受控线性多体系统传递矩阵法&221&火炮身管固有振动特性的有限元传递矩阵法&222&层状地基中单桩性状的积分方程解法及其参数  223&传递矩阵方法与矩形势垒的量子隧穿&224&横观各向同性饱和层状地基的三维稳态动力响应  225&利用传递矩阵法对阶梯悬臂梁的裂纹参数识别&226&二维系统传递矩阵法  227&多体系统动力学Riccati离散时间传递矩阵法  228&刚柔多体系统动力学离散时间传递矩阵法&229&多体察统离散时间传递矩阵法与有限元法混合方法&230&受控多体系统传递矩阵法&231&用扩展传递矩阵法计算多体系统的稳态响应&232&多体系统传递矩阵法在多管火箭动力学中的应用&233&多体系统传递矩阵法在超高射频武器发射动力学中的应用&温馨提示:我们可提供各类技术,因篇幅限制不能全部列出,若没找到你要的技术资料,可联系客服提供!
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机床主轴动态性能分析及仿真-文献综述
文献综述 & & & & & & & &文档编号:0108006
高档数控机床是国家战略层面的基础制造装备,其制造水平与拥有量是衡量一个国家装备制造水平的重要标志之一。主轴作为数控机床的核心部件之一,其功能是带动刀具(砂轮)或工件旋转,实现高速精密加工。主轴的工作性能优劣对机床整机加工精度和生产效率具有极其重要的影响,直接决定着零件的加工质量。随着现代工业对机械产品的加工效率及精度质量要求的提升,传统机械式主轴已经不能满足高档数控机床的要求;另一方面,由于电机驱动控制技术的进步,一种将主轴和电机转子集成一体的新型主轴部件&&电主轴面世并逐渐地被广泛应用于高档数控机床上作为主动力源。
近年来,由于我国对高性能电主轴技术的重视与投入,我国高性能电主轴的研发与制造水平发展很快,取得了一定的研究与技术成果。但是与国外先进国家生产的电主轴相比,我国电主轴的整体技术水平仍然存在较大差距,高档数控机床与加工中心用电主轴仍然全部依赖进口,电主轴的制造作为制约我国高档数控机床发展的瓶颈的局面依旧没有得到改变。现阶段,我国在高性能电主轴研发过程中缺乏足够深入的基础理论和实验研究的指导,因此开展高性能电主轴方面的理论和实验研究已成为迫在眉睫和亟待解决的关键问题。
基于以上,分别对主轴建模理论的现状和目前电主轴设计的发展现状进行叙述。
目前,国内外对于机床主轴建模理论的研究从未间断,不断涌现出新的理论研究成果和实际应用技术,下面针对主轴的数字化建模理论讲述国内外的研究现状。
主轴轴承是影响机床主轴动态特性最重要的部件,角接触球轴承因其高速、高精度、高刚性以及能同时承受径向载荷、轴向载荷等特点在机床主轴上得到了广泛应用。1959年,Palmgern[1]最早提出了角接触球轴承模型,对角接触球轴承在径向、轴向以及力矩载荷作用下的位移和载荷进行了分析,并考虑了热效应对轴承动力学特性的影响。Jones[2]结合Hertz接触理论和轴承套圈控制理论,考虑了滚动体离心力和陀螺力矩,成功地建立了球轴承拟静力学模型,并给出了该模型的求解方法。1989年,DeMul等[3]建立了与Jones轴承模型较类似的5自由度轴承动力学模型,但忽略了滚动体的陀螺力矩,该模型的优点是表示轴承刚度的Jacobian矩阵可以由解析方法得到。Harris[4-7]从不同角度对轴承的特性进行了系统的研究,建立了球轴承拟动力学分析模型,编写完成了《Rolling Bearing Analysis》一书,该书在过去的四十年里被公认为轴承技术领域的经典著作之一。年,Lim[8-11]在其系列论文中详细地提出了轴承刚度求解方法、轴承刚度的影响因素以及轴承刚度对转子系统动力学的影响。Cao和Altintas[12]将Jones轴承模型与高速主轴有限元模型进行集成,研究了轴承刚度随预紧力、转速的变化规律,但是他们忽略了轴承在旋转过程中内圈的膨胀变形以及工作温升导致的热变形等对主轴-轴承系统动态特性的影响。Wang[13] 研究了轴承内圈离心位移对轴承刚度的影响,结果表明,内圈离心位移可以补偿角接触球轴承轴向刚度和角刚度由于离心效应引起的刚度软化,大大增加了轴承的径向刚度、轴向刚度和角刚度。Tadina[14]为了研究轴承在运行过程中的振动,对轴承模型进行了改进,得到了轴承的振动响应。Guo[15]通过计算得到了一系列不同参数和型号的轴承刚度矩阵,并通过实验验证了结果的准确性。Dougdag[16]通过实验获得了轴承在动、静态时的刚度,与轴承经典模型计算结果进行对比,取得了很好的效果。Aydin[17]通过实验手段获得了轴承刚度,验证了轴承五维刚度矩阵,同时研究了预紧力对于主轴-轴承性能的影响。
在国内,杜迎辉[18]提出了一种计算轴承在两种预紧方式(定位预紧、定压预紧)下刚度的方法,在此基础上,分析了转速、预载以及沟道曲率对轴承刚度的影响。刘艳华[19-20]以Harris理论模型为基础,先后分析了高速角接触球轴承的静态刚度和动态刚度。李松生[21]分析了超高速电主轴轴承的结构参数、材料参数以及工况条件等对轴承动态支承刚度的影响。王硕桂[22]基于材料力学的基本公式,将轴承套圈简化为薄壁圆环,计算了过盈量引起的轴承尺寸的变化,进而研究了其对轴承刚度的影响。刘显军[23]等提出了一种基于有限元分析的迭代方法。该方法在轴系和单轴承的有限元模型中利用&受力-变形-刚度关系式&进行迭代求解,有效解决了多支承轴系的超静定问题和支承-轴承受力分配问题。刘俊峰[24]等分析了预紧方式对角接触球轴承运行刚度的影响,并利用电涡流位移传感器、LMS数据采集分析仪等仪器,在电主轴上进行轴承刚度测试。方兵[25]等理论分析了预紧力、接触角等对轴承刚度的影响,研制了轴承刚度测试实验台,理论计算结果与实验结果的相对误差在10%以内。陈建伟[26]对角接触球轴承典型静力学和拟静力学分析方法进行了总结和改进,得出了球轴承在给定载荷作用下的接触角及接触载荷等的计算方法,在此基础上对高速机床主轴轴承预紧力进行了深入研究。
目前,对于主轴系统的动力学问题的研究主要有有限元法和传递矩阵法,有限元法可以真实的模拟实物,计算精度高,结果稳定,但是该方法存在占用内存多、耗机时间长、编程复杂的缺点;传递矩阵法占用存储空间小,解法简洁且易于编程,但在计算大型系统的动力学特性时,会出现数值不稳定以及&增根&、&漏根&的现象。因此论文采用有限元方法进行建模,对于其缺点,可以通过提高计算机配置以及采用二进制存储等方法解决。
Lin[27]针对高速电主轴建立了集成的热-力耦合有限元模型,研究了轴承预紧力对轴承刚度以及主轴整体刚度的影响,系统地分析了高速旋转下主轴产生的离心力及陀螺力矩对主轴动态特性的影响,并指出了转子离心效应是主轴系统刚度下降的主要原因,但是假设轴承是一个弹簧,其刚度由经验公式得到,而且只考虑了热对轴承刚度的影响,并没有考虑轴承刚度的改变反过来还会对热特性产生影响。Li和Shin[28-31]采用有限元法,建立了一个完整的高速主轴热-力耦合模型。该模型由非线性轴承模型、主轴转子模型和热模型三部分集合而成,可以预测不同运行状态下主轴的动静态刚度、温度分布、轴承接触载荷和刚度等,但该模型没有考虑主轴转子的离心力效应和轴承的陀螺效应。在构建了主轴-轴承系统热力耦合模型的基础上分析了轴承配置对主轴动态性能的影响,指出在不同的轴承配置形式下,主轴的温度场和动态特性存在很大的差异。Gagnol等人[32-33]基于Timoshenko梁理论并考虑转子离心力和陀螺力矩效应,建立了高速主轴系统有限元模型,但是该模型没有考虑高速旋转下轴承动态特性的变化,也没有考虑高速旋转过程中的热效应。Altintas和Cao[12]提出了一个通用的有限元建模方法,该模型考虑了离心力和陀螺力矩对主轴-轴承系统的影响,可以预测切削力激励下的系统动态响应、固有频率和频率响应函数等,但没有考虑热效应的影响。Cao[34]基于该模型,对主轴的切削加工状态进行了仿真实验,取得了很好的实验结果。Altintas和Cao[35]在原有模型的基础上,考虑了机床本体的影响,将原有模型扩展为主轴-机床系统模型,指出只有准确的建立主轴与机床本体之间的耦合关系,才能正确预测主轴在安装到机床上之后的动态特性。Cao[36-37]等建立了不同预紧机制下的高速主轴有限元模型,系统的研究了定压预紧和定位预紧下主轴的动态性能,为高速主轴的优化设计提供了可靠的依据,但他们忽略了轴承在旋转过程中内圈的膨胀变形及工作温升导致的热变形等因素对主轴-轴承系统动态特性的影响。Holkup[38]基于有限元方法建立了主轴-轴承热力耦合有限元模型,其温度场及热变形是通过ANSYS软件进行分析得到的。Zahedi[39]分别建立了主轴的热模型和力模型,进而建立了一个相对全面的主轴热-力耦合模型。Lin[40]等将轴承模型与主轴模型进行集成,得到了主轴系统动力学模型,在此基础上对主轴进行了性能分析和优化设计。Wang[41]基于有限元法研究了主轴系统的变形特征,进而研究了油膜温升及变形因素引起的磨削力变化。
国内学者在主轴建模及性能分析方面也做了大量的工作。较早的是北京工业大学的杨家华[42-43]比较系统的研究了主轴的有限元建模方法及其动态特性,指出了主轴的支承刚度和阻尼对计算结果的正确性影响非常大,同时指出了主轴的振动模态主要包括了支承振动模态和弯曲模态,并通过模态实验验证了理论分析的正确性。蒋书运[44-45]将拉杆与主轴看作双转子模型,采用传递矩阵法建立了主轴动力学模型。认为主轴与拉杆之间是耦合关系,可以用一个刚度耦合矩阵来表达,耦合刚度通过ANSYS仿真计算。哈尔滨工业大学的Lu[46-47]等对高速电主轴进行了动力学和热效应分析,采用有限元方法分别建立了主轴的动力学模型和热模型,但是没有将二者进行耦合,也没有研究高速轴承的动态特性变化。李松生[48-50]应用有限元法和模态分析法,针对一款电主轴的主轴-轴承系统进行了动力学特性分析和试验分析,分析了球轴承的内部结构、外部工况条件、支承跨距、电机转子外径对转子系统动力学特性的影响。曹宏瑞[51-52]等介绍一种机床&主轴系统动力学模型,为了修正该模型,提出一种基于频率响应函数的有限元模型修正技术。在此基础上系统地研究了高速状态下主轴-轴承系统内部的速度效应及其对系统动态特性的影响规律,并进行了实验验证。田久良[53]等推导了热诱导预紧力的计算公式,在此基础上建立了主轴-轴承系统的热力耦合模型。汪博[54]等将主轴-刀柄-刀具结合面简化为弹簧,基于并联转子的建模思想,采用有限元法完成了主轴的有限元建模。张锦龙[55]等考虑了转速对轴承动刚度的影响,将轴承模型与主轴模型进行迭代求解,计算得到主轴转子的动态性能,并运用单纯形法对转子内径及轴承跨距进行了优化。
在电主轴设计方面,国外的电主轴技术研究开始较早,电主轴在20世纪50年代已应用于内圆磨床。随着高速加工技术的发展,20世纪90年代初,电主轴已经开始大量应用于加工中心、数控铣床等高档数控机床。今天,电主轴已成为高档数控机床的核心功能部件之一,因其结构简单,中间环节少,大大提高了自身及机床的可靠性,并使机床的整体性能得到进一步提升。
由于结构复杂,技术含量高,电主轴的设计和生产逐渐从机床企业中独立出来,涌现出一批电主轴专业制造厂商,如瑞士的STEP-TEC、IBAG、FISCHER,德国的GMN、SIEMENS,意大利的FOEMAT、GAMFIOR,日本的KOYO、NSK等。这些公司生产的电主轴在技术上相比其他主轴制造厂商具有较大领先优势,在大功率方面,瑞士STEP-TEC公司已生产出42000r/min、65kW(S1)的加工中心电主轴,美国Cincinnati公司生产的电主轴更是达到了60000r/min,80KW(S1);在大扭矩方面,意大利MHOR等公司的加工中心电主轴低速段的输出扭矩已经达到200 N&m以上,德国CYTEC公司研制的数控车床电主轴最大扭矩可达800N&m;在高刚度方面,瑞士IBAG公司研发的刀具接口为BT50的HFK135型电主轴刚度达到450N/&m。
国内方面,洛阳轴研科技公司早在20世纪60年代初就开始制造磨削电主轴。进入90年代,由于制造业的快速发展,国内各科研单位和企业开始开发各种用途的电主轴产品。洛阳轴研科技公司开发的加工中心电主轴,额定功率和最高转速达22kW、24 000r/min;沈阳建筑大学开发高速大功率陶瓷球轴承电主轴功率20kW,最高转速达到30000r/min。在磨用电主轴方面,洛阳轴承研究所主轴产品Dm&n值达到170-200万mm&r/min;高铁轨道板磨用电主轴达150kW(S1),最高转速2 000r/min;工作寿命普遍在1 500-2 000h[56]。
目前,国内加工中心电主轴的研制方面虽已取得较快发展,开始形成完整的产品系列,并有部分电主轴已逐步应用于国产机床上。但是,与国外先进水平相比,我国生产的电主轴的整体技术水平还存在较大差距:在基础研究层面,基础研究成果与工程实际联系不够紧密,研究成果未能及时应用于工程实际中,从工程实际得到的反馈慢也影响了基础研究工作的深入;在技术层面,缺乏系统化的技术开发与设计制造能力,加工与装配工艺技术的严重落后,轴承、电机等基础零部件与装备制造能力的不足都阻碍了电主轴的技术水平;在产业层面,我国目前中高档电主轴的生产能力远不能满足国内市场需求,应用于高档数控机床上的高速、高刚度电主轴依然依赖国外进口,整个产业结构与规模急需调整与升级。
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