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高速电主轴设计与动静态特性分析

作　者: 金明刚
导　师: 谭庆昌；李宪凯
学　校: 吉林大学
专　业: 机械工程
关键词: 高速加工有限元分析高速电主轴动静态特性
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 492次
引　用: 3次
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内容摘要

本文通过对国内外电主轴技术的发展及现状的阐述,说明了研究高速电主轴技术的意义,进而对电主轴参数进行了系统设计。在优化选择了主轴电机、主轴轴承、轴承润滑系统、主轴冷却系统等技术性问题的基础上,详细设计了主轴系统的两个重要参数:即跨距和过盈配合量。然后,使用ANSYS建模,通过对主轴系统的受力分析和刚度计算数学模型,详细分析了电主轴的静态特性;通过分析电主轴的模态和谐响应特性,研究了电主轴的动态特性,从而设计了能够满足课题要求的高速电主轴系统。具体的研究内容如下:(1)通过对电主轴结构中的主轴电机、主轴轴承、轴承润滑系统、主轴冷却系统等的选择,完成了主轴系统主要参数的详细设计。(2)计算了高速电主轴单元在典型工艺参数下,主轴所受的切削力和轴承的静刚度,建立了主轴单元有限元模型。(3)利用有限元分析法分析了电主轴的模态和谐响应特性,并对高转速情况下,主轴在前端、后端、轴承所在的四个位置以及主轴转子中部位置所发生的最大动态位移进行了分析计算,验证了主轴结构设计的合理性。

全文目录

内容提要  4-7
第一章绪论  7-16
  1.1 课题研究的意义  7-8
  1.2 高速电主轴技术  8-13
    1.2.1 电主轴概述  8-10
    1.2.2 国内外高速电主轴的发展现状  10-13
  1.3 主轴动静态特性研究概述  13-14
  1.4 课题的提出  14-16
    1.4.1 课题来源  14
    1.4.2 本课题主要内容  14-16
第二章高速电主轴的系统设计  16-31
  2.1 高速电主轴动静态特性要求  16-17
    2.1.1 主轴静态特性要求  16
    2.1.2 主轴动态特性要求  16-17
  2.2 主轴系统设计  17-23
    2.2.1 主轴电机  19-20
    2.2.2 主轴轴承  20-21
    2.2.3 主轴轴承润滑系统  21-22
    2.2.4 冷却系统  22-23
  2.3 主轴主要参数设计  23-30
    2.3.1 高速电主轴跨距设计  23-27
    2.3.2 过盈配合量设计与分析  27-30
  2.4 本章小结  30-31
第三章高速电主轴静态特性分析  31-45
  3.1 轴承分析与刚度计算  31-36
    3.1.1 轴承受力分析  32-35
    3.1.2 轴承的刚度计算  35-36
  3.2 ANSYS建模  36-40
    3.2.1 ANSYS分析步骤  36-37
    3.2.2 构建几何模型  37-38
    3.2.3 选择单元类型及划分网格  38-40
  3.3 电主轴刚度计算  40-43
    3.3.1 典型工艺参数下电主轴所受切削力的计算  40-42
    3.3.2 电主轴静刚度计算  42-43
  3.4 轴承预紧力对主轴静刚度的影响  43-44
  3.5 本章小结  44-45
第四章高速电主轴动态特性分析  45-58
  4.1 电主轴的动力学分析  45
  4.2 电主轴的模态分析  45-54
    4.2.1 固有频率与振型  46-51
    4.2.2 临界转速的计算  51-53
    4.2.3 轴承预紧力对电主轴固有频率的影响  53-54
  4.3 高速电主轴的有限元谐响应分析  54-57
  4.4 本章小结  57-58
第五章结论  58-59
参考文献  59-62
致谢  62-63
导师及作者简介  63-64
摘要  64-66
Abstract  66-67

高速电主轴设计与动静态特性分析

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