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高速微孔钻床主轴系统的有限元分析

Finite Element Analysis of High Speed Micro-drills Spindle System

【作者】 李晶

【导师】 谭庆昌;

【作者基本信息】 吉林大学 , 机械设计与理论, 2005, 硕士

【摘要】 高速微孔钻床主轴系统是高速机床的“心脏”部件。由于主轴旋转运动和轴向进给运动的高速性,使其对机床主传动系统的动态性能要求很高。高速微孔钻床主轴系统的有限元动态性能分析,为主轴技术的发展及提高高速微孔钻床的工作性能提供了一定的理论基础。本文介绍了高速微孔钻床主轴系统动力学有限元分析的基础理论,包括有限元法和转子动力学理论;建立了包括钻头边界条件模型、离心力模型和轴承支承力模型的微孔钻床主轴系统动力学模型,并分别采用Timoshenko 梁-轴转子模型和Rayleigh 梁-轴转子模型建立了主轴系统的动力学方程;通过转子的各阶涡动频率和压杆稳定性临界压力的对比,着重对两种模型描述的主轴系统的动力学模型进行了分析。从而得出:考虑轴单元剪切变形因素的Timoshenko梁-轴单元适合于高速微孔钻床主轴系统的高阶特性分析,而不考虑剪切变形因素的Rayleigh 梁-轴单元适合静态和低阶特性分析。这些理论对微孔钻削加工和钻床的研究具有一定的指导意义。在现阶段的设计和分析中,对于复杂的结构问题大多将模型进行了很大简化,使结果存在一定的误差,而且与本课题相近的学术成果理论也不太成熟。但本文验证的结论将对与课题相近的研究提供一定的理论参考。

【Abstract】 The high-speed micro-drilling machine’s spindle system isheart of the high-speed machine. The spindle’s high-speedrotational movement and high-speed axial movement require notonly high rotational speed and great torque and high-power butalso maintaining well dynamic performance under high-speedmachining. Finite element analysis of dynamic performance onthe spindle system of high-speed micro-drilling tool aims toaccelerate the development of spindle technique and then raiseworking performance of micro-drilling tool.This paper begins with micro-drills. Firstly, structure of amicro-drilling machine and micro drills process can be simplifiedfrom the rotator dynamics; secondly, fundamental theory of finiteelement analysis are simply introduced on high-speedmicro-drilling machine’s spindle system from the model ofTimoskenko beam element and Rayleigh beam element;furthermore, a dynamic model of the drilling system is developedfrom the rotor dynamics theory, including boundary condition ofthe end of drill、model of Timoskenko beam and Rayleigh beam、Model of centrifugal force、model of the bearings and thendynamic equation of the drilling system are developed; finally,the spindle system that two models descript are compared andthen whirl frequency and critical speed and stability of the spindle

  • 【网络出版投稿人】 吉林大学
  • 【网络出版年期】2005年 06期
  • 【分类号】TG52
  • 【被引频次】2
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