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高速電主軸的離心力誘發(fā)的動力學

摘要：高速，高效的電主軸，在高速、高效加工趨勢的推動下，在加工中心中的應用變得越來越廣泛。由于它的轉速極高且易產(chǎn)生顯著的離心力，所以，在動態(tài)下，有必要對它的動態(tài)特性進行預測和分析。而本文研究的是一個采用了角接觸球軸承的機動高速主軸，并得到了其動態(tài)分析的結果。對于一個加工中心，決定其主軸整體剛度的子系統(tǒng)主要有兩個，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因為軸承的軟化和陀螺效應而快速降低，其中軸承軟化是主要原因，而陀螺效應只是次要原因。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。分析結果表明，高速狀態(tài)下的拉桿，它的動態(tài)拉力比靜態(tài)拉力有著明顯的提高，這是因為刀柄/主軸界面的剛度和拉力成正比，而動態(tài)時的離心力在理論上對主軸的剛度又有一定的促進作用。不管怎么說，動態(tài)下的拉力是由內(nèi)拉桿的摩擦損失決定的，球型機制和楔型機制相比，由于球型機制的摩擦系數(shù)較低，所以，球型機制要優(yōu)于楔型機制。
關鍵詞：軸承 離心力 拉桿 高速主軸 轉子動力學

1 引言
目前，高速切削技術在黑色有機金屬和非金屬材料的應用中正變得越來越廣泛。其中，采用前后角接觸球軸承[1-2]支撐并集成有異步電動機的主軸，是目前應用最多的主軸類型。軸承為解決受高速影響的措施中，一個被廣泛應用的是采用DN或者 N值（軸承內(nèi)孔D或者軸承徑部D乘以主軸轉速 N）。特定的應用，像飛機鋁合金結構的高速切削中，DN 值已達2-3萬，并預計未來軸承的DN可高達3.5-4萬。據(jù)報道[3]，當前我國的主軸技術，在工作中并沒有達到可以快速切割和滿足鋁、銅合金和復合材料較小的切除率的先進要求。因此，高速和高效率的加工中心在高速，高效率加工趨勢的推動下，正得到越來越顯著的應用。因此，對高速主軸運轉過程中產(chǎn)生的離心力，我們有必要對其進行預測和分析。
對于加工中心來說，決定其主軸整體剛度的子系統(tǒng)有兩個，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型、布局、預緊力和干