高速电主轴“转轴—轴承”系统动态特性建模研究

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1、MasterDegreeDissertationResearchonShaft-·BearingsystemDynamicCharacteristicsofHigh—SpeedMotorizedSpindleCandidate：HuTengMajor：MaterialProcessingEngineeringStudentID：212008080503002Supervisor：Prof．FuJian&Ass．Prof．PengBiyouApril，2011西华大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取

2、得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名：赧菇EI弧：≯olf．{，．西指导撕张侧受甚期：勘小巧t

3、厂西华大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西华大学，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借

4、阅，西华大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。(保密的论文在解密后遵守此规定)学位论文作者签名：胡绔日期：加，．参·f‘两华大学硕上学位论文摘要高速化加工技术能显著地提高生产效率，提高产品制造质量，降低生产成本。尤其在模具制造领域，高速化加工使得模具制造周期大大缩短，为最终由模具成型的产品迅速占领市场创造了强有力的先决条件，这些优点都是传统的模具制造加工工艺所不具备的。要发展和应用高速加工技术，首先必须有性能优良的高速数控机床，而高速机床的加工精度，很大程度上取决于高速主轴动态

5、特性，建立高速主轴动态特性模型是研究其动态特性最重要最基本的工作。得到准确可靠的动态特性模型后，可利用其评价现有高速主轴设计合理性，预测现有高速主轴工作性能，优化结构设计。本文以四川普什宁江机床有限公司某型号高速电主轴的生产为基础，利用数值计算与模态实验相结合，建立了基于有限元法的较为可靠的高速电主轴“转轴一轴承”系统动态特性模型，并利用该模型预测了自由模念和约束模态下的“转轴一轴承”系统频响特性，同时研究了部分结构设计参数对系统动态特性的影响。本文的主要工作及其成果如下：分别利用传递矩阵法和有限单元法建立了高速电主轴“转轴一轴承"系统的动力学模型。

6、两种模型的计算结果均表明，本文研究的“转轴一轴承”系统设计合理。但通过与模态实验分析结果比较，认为有限元模型更能准确地用于真实的“转轴一轴承”系统动态特性研究。．基于锤击法对“转轴一轴承”系统进行自由模态实验，并借组模态置信准则(MAC)验证了模态实验的准确性和可靠性。根据自由模态实验数据，从弹性阻尼单元自由度耦合和单元刚度调节着手，修正了之前建立的有限元模型。该有限元模型计算的转轴一弯、二弯固有频率相对于实验模态分析的误差分别为4．14％和6．97％，且计算所得频响函数曲线与实验模态分析所得曲线在一定频晌范围内吻合度较高。利用修正的有限元模型预测了

7、“转轴一轴承”系统在约束边界条件下的动态特性，并通过约束锤击模态实验验证了该模型的预测结果。其中，两者获得的转轴一弯和二弯固有频率十分接近，相对误差分别为0．57％和0．84％。利用修正的边界约束有限元模型，研究了部分结构设计参数对“转轴一轴承"系统动态特性的影响，提出了理论上可通过调节某些设计参数来提高“转轴一轴承"系统第1阶固有频率思路。基于修正的有限元模型，研究了转轴材料刚度对“转轴一轴承”系统动态特性的影响。结果表明，相对于结构刚度而言，材料刚度对“转轴一轴承"系统的动态特性基本无影响。速电土轴“转轴—轴承”系统动态特性建模研究“转轴一轴承”

8、系统；动态特性；固有频率；临界转速；模Ⅱ两华人学硕十学位论文AbstractHighspeedmachining(HSM)technologycanconsiderablyacceleratetheproductionefficiency，promotethemanufacturingqualitiesofproductsandreducethecostofproductions．Especiallyintheareaofmoldmanufacturing，theHSMtechnologycansignificantlyshortentheperio

9、dofmoldmanufacturingandcreatethefavorableconditionsfor