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滑动轴承支承机电耦联轴系的稳定性分析

作　者: 陈仕彬
导　师: 于慎波
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 可倾瓦轴承 运动极坐标 临界转速 对数衰减率 电主轴
分类号: TH113.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


广泛用于数控机床的电主轴具有结构紧凑、动态精度高等众多优点,已逐渐取代传统结构的变速箱。本文研究轴承-转子系统的动力学问题,主要研究内容包括:1)径向可倾瓦轴承动力系数计算;2)可倾瓦轴承稳态平衡位置搜索;3)轴承—转子系统临界转速确定;4)轴承—转子系统稳定性分析。可倾瓦径向滑动轴承动力特性系数的计算主要基于对雷诺方程的求解:首先根据力矩平衡条件确定瓦块摆角,用偏导数法得出各瓦块稳态时的动力系数;然后,考虑瓦块摆动对系数的影响,建立静动坐标间动力系数的关系,计算出可倾瓦轴承动力特性系数。针对可倾瓦轴承稳态平衡位置搜索,提出了一种新式运动极坐标系搜索方法,该方法能有效避免搜索过程中的死循环问题,也适用于其它滑动轴承。不平衡磁拉力的存在会改变轴承—转子系统的临界转速,运用专业软件对电主轴进行磁场分析,提取不平衡磁拉力,以更准确计算轴系的动力特性。本文介绍了两种临界转速的计算方法:1)传递矩阵法。用传递矩阵—多项式法计算临界转速,可以容易地将支承的阻尼包含在传递矩阵中,由于状态向量含有8个元素,因此特征方程阶次较高,为提高低阶根的精度,引入时间因子,借助QR法求解复数特征根;Riccati传递矩阵法将两点边值问题转变为一点初值问题,因此保持了较高精度。2)有限元法计算过程。在有限元分析软件中建立轴系的简化模型,考虑陀螺力矩影响,加载后求解,绘制出系统的CAMPBELL图,提取临界转速。本文还简单介绍了模态振型和不平衡响应的计算过程。对数衰减率用来度量振幅衰减快慢,反应系统受扰后回复到平衡状态的能力,可以作为衡量轴系稳定性的指标,已被推广到多自由度系统。针对计算的转子系统,本文画出了复特征值对应的对数衰减率曲线,分析了轴系的稳定性。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-14
  1.1 课题的目的和意义  10
  1.2 国内外轴承—转子动态特性研究现状  10-12
  1.3 轴承—转子动态特性的研究方法  12-13
    1.3.1 支承轴承的研究  12
    1.3.2 轴系动态特性分析  12-13
  1.4 课题的主要研究内容  13-14
第二章 径向可倾瓦轴承稳态平衡位置计算  14-43
  2.1 圆柱轴承雷诺方程  14-18
    2.1.1 Reynolds方程的基本假设  14-15
    2.1.2 圆柱轴承雷诺方程  15-18
  2.2 可倾瓦滑动轴承雷诺方程  18-26
    2.2.1 可倾瓦轴承油膜厚度计算  20-22
    2.2.2 可倾瓦轴承运动分析  22-25
    2.2.3 可倾瓦轴承雷诺方程  25-26
  2.3 雷诺方程的求解  26-31
    2.3.1 雷诺方程边界条件  27-28
    2.3.2 差分表达式  28-29
    2.3.3 可倾瓦轴承静态油膜压力  29-31
  2.4 可倾瓦轴承动力系数  31-37
    2.4.1 瓦块静止时动力系数计算  31-33
    2.4.2 基于可倾瓦块扰动的动力系数计算  33-35
    2.4.3 瓦块支点对动力系数的影响  35-37
  2.5 稳态平衡位置搜索方法  37-43
    2.5.1 稳态平衡位置的搜索方法  37-39
    2.5.2 稳态平衡位置算例  39-42
    2.5.3 稳态平衡位置结果分析  42-43
第三章 轴系临界转速计算  43-58
  3.1 临界转速计算的基本理论  43-48
    3.1.1 转子离散化  43-44
    3.1.2 陀螺力矩  44-45
    3.1.3 传递矩阵法  45-48
  3.2 各项异性支承的转子临界转速  48-55
    3.2.1 振动量的复数表示  48-49
    3.2.2 传递矩阵—多项式法  49-55
  3.3 有限元法求临界转速  55-58
    3.3.1 有限元方法  55
    3.3.2 计算实例  55-58
第四章 机电耦联轴承—转子系统的稳定性分析  58-74
  4.1 转子模态振型和不平衡响应  58-60
    4.1.1 模态振型  58-59
    4.1.2 不平衡响应  59-60
  4.2 轴系的动力稳定性  60-63
    4.2.1 稳定性判据  60-61
    4.2.2 稳定性裕度  61-63
  4.3 电主轴动态特性分析  63-74
    4.3.1 电主轴模型  63-66
    4.3.2 磁拉力计算  66-68
    4.3.3 电主轴临界转速  68-70
    4.3.4 滑动轴承支承时电主轴稳定性分析  70
    4.3.5 滚动轴承支承时的结果  70-74
第五章 结论  74-76
参考文献  76-79
在学研究成果  79-80
致谢  80

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械学（机械设计基础理论） > 机械动力学 > 机械振动学
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