高速、大功率电主轴优化设计及其静动态特性分析

摘要

坦克和自行火炮(包括其它装甲车辆)的制造属机械制造范畴,使用的装备与一般制造业没有太大的差异,多为通用类车床。而作为核心部件之一的柴油发动机,其制造装备与一般民用重型汽车、拖拉机和小型船用发动机类似,车体、炮塔、变速与传动装置、走行装置的加工制造业也无特殊之处,只是,该类产品的零件生产中存在大量轴、盘毂类回转体零件加工,往往数量大、品种多、要求高、工艺内容复杂,且材料多为高强度合金钢,属难加工材料,对车削设备提出了同时具备高效率、高柔性、高精度、高刚度、大功率和大扭矩等多功能的要求。
　　针对上述实际使用的需求,数控车床电主轴需要同时能够满足低速粗加工时的重切削,高速切削时精加工的要求,因此,机床电主轴应该具备低速大转矩、高速大功率的性能。
　　本文主要针对制造高速、大功率车床电主轴的总体结构、电主轴过盈联接的过盈量计算、电主轴冷却与润滑方式的确定、电主轴轴承的选型、电主轴动平衡的要求等,并采用有限元法对电主轴进行静动态特性分析和研究,验证所建立的电主轴单元三维有限元模型的合理性;确定结构具有良好的动态性能,验证其设计的合理性。
　　根据文中所得出的理论依据,项目组已成功研制出大功率电主轴产品,并在实际试用中运行可靠,各项性能指标均满足设计要求,但是由于电主轴产品的精密制造加工达不到要求及精密装配工艺水平等问题,引起了主轴的振动,所以本文还设计并实现了基于磁流变阻尼器的车床电主轴减振半主动控制试验系统。以该阻尼器为研究对象,结合模糊控制理论,设计了基于磁流变液阻尼器的车床电主轴颤振模糊控制系统。通过Simulink软件包对该系统进行模拟仿真,结果证明所设计的控制系统对切削过程中的颤振能够达到较好的控制效果。
　　本文的主要研究内容是:
　　1)高速、大功率电主轴结构优化设计。
　　2)对电主轴进行模态分析,研究了电主轴的固有频率、振型;对电主轴进行谐响应分析,并对高转速条件下,主轴在前端、转子和后端三个位置所发生的最大动态位移进行了分析计算,考察了电主轴的动刚度变化;验证了电主轴为达到一定指标要求时结构设计的合理性,为改善和优化电主轴动态特性提供了数据参考依据。
　　3)含磁流变液阻尼器的电主轴减振系统总体方案设计。
　　4)含磁流变液阻尼器的电主轴半主动控制减振系统仿真。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题的研究目的、内容

第2章 高速、大功率电主轴结构优化设计

2.1 高速、大功率对主轴部件基本要求

2.2 高速主轴单元结构优化设计

2.3 小结

第3章 电主轴动态特性分析

3.1 引言

3.2 电主轴模态分析

3.3 电主轴谐响应分析

3.4 小结

第4章 含磁流变阻尼器的电主轴半主动控制减振系统总体方案设计

4.1 引言

4.2 含磁流变阻尼器的电主轴半主动控制减振实验系统的组成

4.3 磁流变阻尼器的构成及工作原理

4.4 磁流变阻尼器线圈的功率放大电路

4.5 数字控制系统的硬件和软件及测试系统的调试

4.6 本章小结

第5章 含磁流变阻尼器的电主轴半主动控制减振系统仿真研究

5.1 引言

5.2 磁流变阻尼器的阻力模型

5.3 含磁流变阻尼器的电主轴动力学模型建立

5.4 含磁流变阻尼器的电主轴半主动控制减振系统的simulink仿真

5.5 小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录

声明