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高速電主軸的離心力誘發(fā)的動(dòng)力學(xué)

摘要：高速，高效的電主軸，在高速、高效加工趨勢(shì)的推動(dòng)下，在加工中心中的應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛。由于它的轉(zhuǎn)速極高且易產(chǎn)生顯著的離心力，所以，在動(dòng)態(tài)下，有必要對(duì)它的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析。而本文研究的是一個(gè)采用了角接觸球軸承的機(jī)動(dòng)高速主軸，并得到了其動(dòng)態(tài)分析的結(jié)果。對(duì)于一個(gè)加工中心，決定其主軸整體剛度的子系統(tǒng)主要有兩個(gè)，分別是軸/軸承子系統(tǒng)和采用拉桿的子系統(tǒng)。軸/軸承的剛度及固有頻率會(huì)因?yàn)檩S承的軟化和陀螺效應(yīng)而快速降低，其中軸承軟化是主要原因，而陀螺效應(yīng)只是次要原因。高速狀態(tài)下，角接觸球軸承的軟化則是由接觸載荷的減少和接觸角/內(nèi)滾道接觸界面間離心力的增加引起的。分析結(jié)果表明，高速狀態(tài)下的拉桿，它的動(dòng)態(tài)拉力比靜態(tài)拉力有著明顯的提高，這是因?yàn)榈侗?主軸界面的剛度和拉力成正比，而動(dòng)態(tài)時(shí)的離心力在理論上對(duì)主軸的剛度又有一定的促進(jìn)作用。不管怎么說(shuō)，動(dòng)態(tài)下的拉力是由內(nèi)拉桿的摩擦損失決定的，球型機(jī)制和楔型機(jī)制相比，由于球型機(jī)制的摩擦系數(shù)較低，所以，球型機(jī)制要優(yōu)于楔型機(jī)制。
關(guān)鍵詞：軸承 離心力 拉桿 高速主軸 轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)

1 引言
目前，高速切削技術(shù)在黑色有機(jī)金屬和非金屬材料的應(yīng)用中正變得越來(lái)越廣泛。其中，采用前后角接觸球軸承[1-2]支撐并集成有異步電動(dòng)機(jī)的主軸，是目前應(yīng)用最多的主軸類(lèi)型。軸承為解決受高速影響的措施中，一個(gè)被廣泛應(yīng)用的是采用DN或者 N值（軸承內(nèi)孔D或者軸承徑部D乘以主軸轉(zhuǎn)速 N）。特定的應(yīng)用，像飛機(jī)鋁合金結(jié)構(gòu)的高速切削中，DN 值已達(dá)2-3萬(wàn)，并預(yù)計(jì)未來(lái)軸承的DN可高達(dá)3.5-4萬(wàn)。據(jù)報(bào)道[3]，當(dāng)前我國(guó)的主軸技術(shù)，在工作中并沒(méi)有達(dá)到可以快速切割和滿足鋁、銅合金和復(fù)合材料較小的切除率的先進(jìn)要求。因此，高速和高效率的加工中心在高速，高效率加工趨勢(shì)的推動(dòng)下，正得到越來(lái)越顯著的應(yīng)用。因此，對(duì)高速主軸運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的離心力，我們有必要對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析。
對(duì)于加工中心來(lái)說(shuō)，決定其主軸整體剛度的子系統(tǒng)有兩個(gè)，分別是軸/軸承子系統(tǒng)和采用拉桿的子系統(tǒng)。軸/軸承的剛度取決于軸承的類(lèi)型、布局、預(yù)緊力和干