高速主軸動力學建模及高速效應分析

摘要：考慮高速旋轉部件的離心力和陀螺力矩效應，利用Timoshenko梁單元和轉盤單元建立主軸轉子、轉盤、主軸箱等部件有限元模型，并對Jones軸承模型進行擴展建立高速滾動軸承非線性模型。將各子部件模型進行集成，得到整個高速主軸系統的非線性動力學方程，并進行試驗驗證。分別從轉子陀螺力矩、轉子離心力和軸承軟化這三個角度，系統地研究高速旋轉狀態下主軸軸承系統內部的速度效應及其對整個系統動態特性的影響規律。結果表明：當系統存在較大的阻尼比（1%～5%）時，陀螺力矩對系統的直接頻率響應函數影響不明顯，但是對交叉傳遞函數的影響顯著；隨著主軸轉速的升高，主軸轉子的離心力效應會逐漸削弱主軸系統的剛度，最終使整個高速主軸系統的固有頻率降低；必須綜合考慮主軸轉子的離心力效應和軸承的軟化效應，才能比較準確地仿真高速主軸系統的動力學特性。

關鍵詞：高速主軸； 動力學； 建模； 速度效應； 有限元

中圖分類號：TH1131； TG5061

文獻標識碼： A

文章編號： 10044523（2012）02010307