电主轴动态特性分析及可靠性稳健设计

来源 :东北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nathan_zk
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
电主轴作为高档数控机床的关键零部件之一,其性能的优劣不仅直接决定了工件的加工表面质量,还会影响到机床的生产效率、稳定性和可靠性。随着转速的增加,轴承滚珠与滚道的接触应力也会随之增加,在一定情况下,会导致轴承发生疲劳失效;当转速增加到一定程度时,电主轴工作转速接近其固有频率时,会产生共振现象。由于切削力的影响,使电主轴前端产生变形,会对零件的加工精度造成一定的影响。考虑到轴承与主轴的结构尺寸和材料参数会在生产或加工过程中存在一定的波动性,会对电主轴各失效形式造成一定的影响,因此很有必要在分析电主轴动态特性的基础上,综合考虑轴承强度可靠性、电主轴频率可靠性以及刚度可靠性,对整个系统进行可靠性灵敏度分析,结合分析结果,对电主轴系统进行可靠性稳健设计。其主要工作内容如下:(1)基于赫兹理论和外滚道控制理论,建立角接触球轴承拟静力学模型,对其进行静动态特性分析,重点研究轴承结构参数、材料参数、工作转速和预紧力对其径向和轴向刚度的影响。(2)采用SolidWorks对简化后的电主轴进行参数化建模并导入到Workbench中,采用弹簧代替轴承,对其进行相应的模态分析和谐响应分析,利用DOE模块,模拟随机因素的影响,得到电主轴系统的固有频率和主轴前端最大变形量,并采用传递矩阵法对有限元结果进行验证。(3)通过Workbench中的局部灵敏度值对所有随机变量进行简单筛选,利用遗传BP神经网络拟合电主轴系统固有频率和主轴前端最大变形量与轴承刚度、主轴结构尺寸和材料参数之间的函数关系。用同样的方法拟合轴承滚珠与内外圈滚道接触表面下的最大正交切应力与轴承结构尺寸和材料参数之间的函数关系。建立相应的轴承强度、主轴固有频率以及主轴刚度功能函数并进行可靠性灵敏度分析。(4)基于可靠性稳健设计理论建立数学优化模型,以电主轴系统质量和系统可靠性灵敏度为优化目标,以各个随机变量的上下限及轴承强度可靠度、电主轴频率可靠度和主轴刚度可靠度下限为约束条件,利用MATLAB进行优化求解。本文主要运用可靠性相关知识针对电主轴三种主要的失效形式,对系统进行了可靠性灵敏度分析与稳健设计,重点研究了轴承主要结构参数、材料参数、预紧力及工作转速对电主轴系统的影响,对于电主轴实际的生产设计及性能优化具有一定的参考价值。
其他文献
随着科学技术的发展,切换广义系统被越来越多的应用在实际领域之中,自适应控制更是作为解决系统控制设计问题方法之一。切换系统的自适应控制已经得到了广泛的研究,并取得了丰硕的成果。切换广义系统是对于正常切换系统的进一步延伸,具有深刻的理论和现实意义.本文针对几类切换广义系统模型,基于Lyapunov稳定性的基本理论,线性矩阵不等式的基本理论,构造适当的Lyapunov函数等方法,对这几类切换广义系统的自
热冲压成形技术解决了高强度钢板冷成形困难、回弹大等问题,因此在汽车工业得到迅速发展和应用。Al-Si镀层能够有效避免钢板表面在加热过程中引起的脱碳和氧化,是目前应用最为广泛的热成形钢镀层技术。激光拼焊将不同强度、不同厚度的几个小零件焊接集成为一个大的毛坯,然后再冲压成所需整体部件,成为汽车轻量化、保证汽车安全、优化设计和改进制造技术的重要手段。对于带Al-Si镀层的热成形钢,激光拼焊时镀层金属尤其
碳化硼具有硬度高、耐磨性好、耐腐蚀性好和中子吸收能力强等诸多优点,被广泛用于军工防弹装甲材料、研磨材料、耐火材料、核屏蔽和控制材料等领域。目前,碳化硼粉末的工业化生产方法为碳热还原法,然而,此方法生产的碳化硼产出率和优品质率普遍较低且能耗高,产出率不到80%,优品质率不到40%,能耗更是高达2.9~3.0万度电每吨。因此,本论文的主要研究目的是在碳热还原法制备碳化硼过程中引入碳酸钠添加剂,以降低碳
传统的语音识别系统基本上都是基于较为纯净的语音环境建立的,即在声音抓取的基础上,进行简单的滤波和去噪声,然后直接将声音信号输入到语音识别网络得到识别文本。一旦环境中有噪声干扰或存在其他人的声音,语音识别就会受到严重影响。已有的信号去噪、参数去噪和抗噪识别等方法都有一定的局限。如果能实现干扰、噪声和语音的自动分离,即在识别前就获得较为纯净的语音,就可以彻底解决噪声环境下的识别问题。近年来的声源分离等
随着风电产业的迅速发展,风力发电机的市场需求量也与日俱增,成为各国在新能源产品中抢占市场的关键领域。目前市场上先进的风机轮毂自动装配机器人借助工业机器人进行装配工作,其控制系统复杂、装配成本过高,一般的风机制造企业难以承担。本文所研究的风机轮毂螺栓自动装配系统,旨在研制一整套用于风机轮毂与变桨轴承间螺栓装配的自动化系统,可适应不同类型、不同装配要求的风机轮毂装配工作,提高风力发电机装配效率,在基于
超快速冷却技术在热轧后钢材的冷却过程中占据重要位置。热轧后钢铁材料的冷却能力和冷却均匀性直接影响了热轧产品的性能,为实现轧件的高强度均匀化冷却,热轧后高温钢材的冷却系统通常采用射流冲击的换热方式。本文以淹没射流冲击热轧后钢材的换热过程为主要研究对象,分析了影响淹没射流换热能力的主要因素,并对淹没射流冲击时高温钢铁材料的换热规律、冲击壁面的流动特性进行分析,阐明了淹没射流时喷嘴入口压力及喷嘴间距变化
设备维修策略是企业管理现场设备的指导书,通过制定设备维修策略能够帮助企业有效地提升设备的作业率,降低维修直接成本,避免灾难性事故的发生,有效地减少企业故障损失,对于1580变频传动设备进行维修策略研究能够审视目前维修策略现状,挖潜目前维修策略存在的问题,结合管理学先进方法找出潜在的改进点,使得设备的维修策略与企业发展充分融合,确保1580产线效益最大化。本文运用价值工程以及RCM等理论,以宝钢热轧
金属或类金属在生命过程中发挥着不可或缺的作用,金属的缺乏或过量可能会导致严重的疾病。随生命体中金属元素研究的不断深入,获得生命体内的金属所处的位置和环境信息越来越重要,亟需发展可以实现生物体内的金属元素原位成像分析方法。本研究首先建立了同位素稀释-激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(ID-LA-ICP-MS)用于定量成像的新方法。利用电场辅助循环喷涂(electric-filed-assisted-sc
溅射离子泵又被称为潘宁泵,主要由钢制阳极筒、钛合金阴极板、铁氧体永磁铁、过载保护直流电源、不锈钢泵体等部分组成。具有工作过程中无油、无污染、无旋转、无震动、结构简单和极限真空度高等优点,又由于其工作压力范围宽,极限真空度高,广泛应用于重离子加速器、扫描电镜(SEM)、质子重离子癌症医疗器械和大型超高真空系统等高尖端仪器设备领域。随着我国科技发展、科学探索的深入和人民日益增长的科技产品需求,各类仪器
在浮选过程中,一方面,由于浮选过程机理复杂、具备很多不确定性、过程变量繁多且变量间存在强耦合性,难以建立精确的数学模型;另一方面,由于矿源变化、多矿源等原因导致浮选工况条件变化频繁,并且浮选流程较长,难以保证生产的稳定运行。目前,浮选现场对矿浆液位及充气量的调整,主要依靠操作人员凭借自身经验通过视觉观察泡沫状态,但这种调整方式主观性较强,难以客观的对操作进行调整。现场操作人员常常由于不能及时发现工