高速微小孔振动钻削主轴系统动力学分析

论文摘要

本文根据实际微小孔钻床的结构特点,将主轴系统简化为六个阶梯轴段。采用有限单元法和Timoshenko梁-轴理论,结合虚功原理和拉格朗日原理,在考虑了主轴系统的陀螺力矩、钻削轴向力、主轴轴承和比例阻尼等因素对主轴系统弯曲变形影响的基础上,建立了包含回转系统偏心的微小孔钻床主轴系统转子动力学模型,给出了主轴系统弯曲变形产生的正应力和剪切应力的计算式。在上述工作基础上,分别分析了普通钻削和振动钻削时,钻头悬伸长度、主轴轴承位置、轴承刚度和阻尼、轴向力恒定部分、轴向力幅度、轴向力频率和主轴转速等系统参数对轴段截面弯曲正应力、主轴系统共振特性和稳定性的影响。综合微小孔钻头的弯曲应力疲劳特性和主轴系统的稳定性,定义了评价振动钻削主轴系统转子动力学性能优劣的指标,给出了基于该指标的主轴系统合理参数。

论文目录

• 内容提要
• 第一章 绪论
• 1.1 微小孔加工
• 1.2 高速钻削微小孔
• 1.3 振动钻削微小孔
• 1.4 孔加工的国内外研究现状
• 1.4.1 普通钻孔
• 1.4.2 振动钻孔
• 1.5 本文主要研究内容
• 第二章 主轴系统动力学模型建立
• 2.1 微小孔钻床主轴系统模型
• 2.2 钻头带螺旋槽部分的均匀细轴等效
• 2.3 轴段微元的转子动力学模型
• 2.4 离心力模型
• 2.5 轴承支承力模型
• 2.6 主轴系统各轴段单元划分
• 2.7 主轴系统动力学模型建立
• 2.8 模型验证
• 2.8.1 压杆稳定性验证
• 2.8.2 转子模型固有频率验证
• 2.9 本章小节
• 第三章 普通微小孔钻削主轴系统分析
• 3.1 主轴系统动态应力求解
• 3.2 普通钻削主轴系统的缺省参数设定
• 3.3 主轴系统动态特性分析
• 3.4 动态应力分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 振动钻削主轴系统分析
• 4.1 微小孔钻床主轴系统振动钻削动力学模型
• 4.2 周期时变系统的稳态响应求解
• 4.3 周期时变系统的无阻尼共振求解
• 4.4 周期时变系统的参数稳定性求解
• 4.5 周期时变系统的瞬态响应求解
• 4.6 谐波平衡法解析分析的验证
• 4.7 弯曲正应力分析
• 4.7.1 单因素分析
• 4.7.2 双因素分析
• 4.8 主轴系统共振分析
• 4.9 主轴系统参数稳定性分析
• 4.9.1 特征指数的实部和虚部
• 4.9.2 无阻尼参数稳定性
• 4.10 微小孔钻床振动钻削的合理参数
• 4.11 本章小节
• 第五章 微小孔钻削力的测量与分析
• 5.1 钻削力检测装置的构成
• 5.2 测力传感器系统的标定
• 5.3 普通钻削力分析
• 5.4 振动钻削力分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT