高速精密电主轴轴承的动态特性分析与试验.pdfVIP

· 机械制造 · 支汉立，等 ·高速精密电主轴轴承的动态特性分析与试验 高速精密电主轴轴承的动态特性分析与试验 支汉立，张钢，姜笑颖，徐权 (上海大学 机电工程与自动化学院轴承研究所。上海 200072) 摘 要：基于ANSYS分析方法．以支承高速精密电主轴磨床 中的 HP7005CTA角接触球轴承为 研究对象，进行模态分析和谐响应分析。结果表明：增大电主轴支承轴承的刚度和改善 电主轴 整体结构的抗振性，均可用于提 高电主轴动态特性 ：电主轴在激励频率附近振动幅值较大，而 相比之下．在其他频率处振动幅度较小。 关键词：电主轴；角接触球轴承：模 态分析：谐响应分析 中图分类号：TH133．3 文献标志码：B 文章编号：1671．5276(2015)06．0049．06 Dynamic Analysis and Testing for High-speed Precision Spindle Bearings ZHI Hangli，ZHANG Gang，JIANG Xiaoying，XU QuaJl (Reseamh Institute of Bearing，School of MechanicalElectronic Engineering and Automation， Shanghai University，Shanghai 200072，China) Abstract：Based on ANSYS analysis methods，with the HPT005CTA angular contact bal bearings in high·speed precision spindle grinder as object of the study，the modal analysis and harmonic response analysis are done in this paper．The results shows the dy— namic characteristics of the electro·spindle depends on the spindle support bearing stifness and the overal structure of electric spin- die vibration resistance．The spindle vibration amplitude in the vicinity of the larger excitation frequency is big，while the other fro— quency vibration amplitude is smal1． Keywords：motorized spindle；angular contact bal bearings；modal analysis；harmonic analysis 0 引言 高速精密电主轴是实现高速磨削加工的核心部件．随 着高速磨削技术的发展，现代社会对工件磨削品质的要求 越来越高，电主轴转子系统的动态特性直接关系到磨削的 精度。关系到内圆磨床安全可靠与否。因此 ．有必要对高速 内圆磨床的电主轴单元进行动态特性分析[1-2]。借助于 ANSYS软件强大的模态分析和谐响应分析．利用 ANSYS 对高速内圆磨床电主轴进行了模态分析．讨论了电主轴的 固有频率与振型，分析了电主轴的临界转速：并进行了对周 期力的谐响应分析，以此来指导结构的优化设计。 1 基本理论 1．1 电主轴的动态特性 高速电主轴系统的动态特性研究主要包含两个方面： 固有振动特性分析和响应特性分析。所谓固有振动特性分 析，是通过研究无阻尼的自由振动，得到振动系统的固有特 性，即固有频率和振型。响应特性分析是用于确定结构在 承受随时间按正弦规律变化的载荷时的稳态响应Ⅲ3】。 结构动力学通用的运动微分方程为： [ ]{ ‘}+[c]{ }+[ ]{ }={F(t)} (1) 式中，[ 卜一结构质量矩阵；． [C卜一结构阻尼矩阵；． [ ]一结构刚度矩阵； { }一节点加速度矢量 ； { )一节点速度矢量； { }一节点位移矢量； {F(t)}一随时间变化的载荷矢量。 对这个方程不同形式的求解就是对应于不同的动态 分析类型。在模态分析中，设定{F(t)l={0}为零，而矩 阵[C卜一般被忽略，求解主轴的固有频率和振型，即求解 运动微分方程的广义特征值和特征向量。在谐响应分析 中，则假设 F(t)和 为简谐函数，例如 Xsin(tot)。 1-2 模态分析概述 模态分析用于确定设计机构或机器部件的振动特性， 即结构的固有频率和振型。文中利用 ANSYS默认 Block Lanczos(