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清华大学学报(自然科学版)  2018, Vol. 58 Issue (7): 671-676    DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.21.015
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高速电主轴中主轴-机壳振动传递力学模型
刘成颖1,3, 郑烽2, 王立平1,3
1. 清华大学 机械工程系, 北京 100084;
2. 电子科技大学 机械电子工程学院, 成都 611731;
3. 清华大学 精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室, 北京 100084
Vibration transmission mechanical model between the shaft and housing of a high speed motor spindle
LIU Chengying1,3, ZHENG Feng2, WANG Liping1,3
1. Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China;
2. School of Mechatronics Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China;
3. Beijing Key Lab of Precision/Ultra-precision Manufacturing Equipments and Control, Tsinghua University, Beijing 100084, China
全文: PDF(4810 KB)  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 主轴的振动是影响机床加工精度的重要因素,且包含大量机床的工况信息。在保证精度的条件下,为实现主轴振动加速度能够在机壳外部测量,建立了主轴与机壳之间的振动传递力学模型。针对力学模型中的未知参数,基于Hertz理论和最小二乘法理论相结合的方法求解出轴承的线性刚度;基于Hooke定律,利用Ansys软件求解出电主轴固定基座的刚度。以170XDS20Z11型电主轴作为实验对象进行实验验证与仿真分析。结果表明:在机壳上测量振动信号,通过该模型可以高效、准确地推导出主轴真实振动。此理论可以运用到主轴振动间接测量方法中,提高测量精度。
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作者相关文章
刘成颖
郑烽
王立平
关键词 主轴振动力学模型轴承刚度基座刚度    
Abstract:Spindle vibration is an important factor affecting the machining accuracy of machine tools with the vibrations reflecting a large amount of working condition information about the machine tool. A vibration transmission mechanics model was developed to model the coupling between the shaft and the chassis to improve machining accuracy when measuring the acceleration of the main shaft outside the shell. Hertz theory was used to calculate the bearing stiffness because of unknown parameters in the mechanical model. The base stiffness was calculated using Ansys and Hooke's theory. The vibrations of a 170XDS20Z11 motorized spindle were analyzed with the results showing that the spindle vibrations can be efficiently and accurately measured by measuring the shell vibrations. This theory can be applied to indirect measurements of spindle vibrations to improve measurement accuracy.
Key wordsspindle vibrations    mechanical model    bearing stiffness    base stiffness
收稿日期: 2018-01-18      出版日期: 2018-07-15
基金资助:国家科技重大专项(2014ZX04001051)
引用本文:   
刘成颖, 郑烽, 王立平. 高速电主轴中主轴-机壳振动传递力学模型[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2018, 58(7): 671-676.
LIU Chengying, ZHENG Feng, WANG Liping. Vibration transmission mechanical model between the shaft and housing of a high speed motor spindle. Journal of Tsinghua University(Science and Technology), 2018, 58(7): 671-676.
链接本文:  
http://jst.tsinghuajournals.com/CN/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.21.015  或          http://jst.tsinghuajournals.com/CN/Y2018/V58/I7/671
  图1 电主轴结构简化图
  图2 主轴—机壳振动传递简化模型图
  图3 接触刚度与拟合刚度
  图4 基座刚度的求解
  表1 基座与机壳受力变形表
  图5 实验测点布置图
  图6 加速度实测值与计算值对比
  表2 计算与实测幅值在100~1500Hz对比
  图7 仿真实验原理图
  图8 点1和3的振动频域曲线
  图9 点3实测与计算振动频域曲线
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