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

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高速微小孔振动钻削主轴系统动力学分析

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