【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種仿真方法，適用于研究速度效應對空氣靜壓主軸回轉誤差的影響，實現主軸系統工作過程中的精度分析。
技術介紹
1、空氣靜壓主軸是加工機床的關鍵運行部件，其回轉誤差對機床的加工精確度起著至關重要的決定性作用，并且是評估機床動態性能的關鍵參數。主軸回轉誤差會導致機床加工質量的下降，因此，對主軸回轉誤差進行深入分析顯得尤為重要。在主軸的實際工作過程中，由于轉速的升高，會引起離心力、陀螺效應等速度效應并對空氣靜壓主軸回轉誤差產生影響，在這個過程中空氣靜壓主軸發生平移和傾斜運動，進而產生回轉誤差。空氣靜壓主軸回轉誤差中包含徑向跳動誤差，軸向跳動誤差和角度誤差，軸向跳動誤差和角度誤差對加工表面質量影響較大，怎么將速度效應引入空氣靜壓主軸振動分析并綜合兩種誤差建立起軸承-轉子系統的回轉軌跡，這是空氣靜壓主軸回轉誤差研究中的難題。
2、建立起速度效應影響下空氣靜壓軸承-轉子系統的回轉軌跡，以一種更加直觀的方式反映了主軸工作中速度效應對主軸精度的影響。主軸在工作的過程中，其運動會受到外部載荷、制造誤差以及速度效應等多種內外部因素的干擾，造成整個主軸系統的不平衡運動，對主軸振動信號進行分析能夠對主軸系統在速度效應影響下的穩定狀態進行評估和分析。
技術實現思路
1、針對速度效應影響下空氣靜壓主軸回轉誤差影響加工精度的問題，本專利技術提供一種速度效應影響下空氣靜壓主軸回轉誤差的仿真方法，本專利技術通過考慮離心力、陀螺效應等速度效應建立了一套空氣靜壓主軸振動仿真研究方法，描述了空氣靜
2、一種速度效應影響下空氣靜壓主軸回轉誤差仿真方法，該方法包括以下步驟：
3、(1)建立空氣靜壓軸承-轉子系統模型。
4、在空氣靜壓主軸工作過程中，軸承與轉子之間的氣膜起到支撐和潤滑作用。相比于主軸轉子，軸承氣膜的剛度較低。因此，將氣膜簡化為均勻分布的彈簧阻尼系統，每排氣腔被簡化為x和y方向各具兩個自由度的彈簧阻尼系統，建立起軸承-轉子系統模型，如圖1所示，通過對軸承-轉子系統的受力分析，得到離心力、陀螺效應等速度效應影響下的動力學方程，如下式，
5、
6、式中，m為軸的質量，和分別為x和y方向的振動速度，和分別為x和y方向的合外力，fx和fy分別為沿x和y方向的徑向外載荷，e為偏心質量的偏心距，fr為徑向外載荷，ω為轉子角速度，其中meω2cos(ωt)、meω2sin(ωt)代表離心力的作用，代表陀螺效應的作用。
7、(2)建立空氣靜壓軸承-轉子系統動力學矩陣模型，如下式，
8、
9、式中，x和y分別為x和y方向的振動位移，和分別為為x和y方向的振動加速度。t為x方向阻尼系數之和，t′為x方向剛度系數之和，p為y方向阻尼系數之和，p′為y方向剛度系數之和。可通過公式(3)求得，其中ki為剛度系數、ci為阻尼系數。將方程(2)在matlab軟件平臺上進行數值求解得到離心力、陀螺效應等速度效應影響下x和y方向的振動位移與不考慮速度效應的振動位移比較圖，如圖2a)、圖2b)所示，圖2a)為x方向振動位移比較圖，圖2b)為y方向振動位移比較圖。
10、
11、(3)使用傅里葉變換對時域信號進行處理，獲取信號的時域特征和頻域特征參數，其原理如下式，
12、
13、式中，f(t)為f(t)的像函數，f(t)為f(ω)的像原函數，也為主軸轉子的振動信號。對振動信號進行處理，得到主軸系統離心力、陀螺效應等速度效應影響下的幅頻曲線與不考慮速度效應的幅頻曲線比較圖，如圖3所示。
14、(4)x、y方向的振動誤差由平動位移和偏角疊加構成，進一步構成了回轉誤差，如下式，
15、
16、式中的x和y分別為x和y方向的振動位移，θ、分別為主軸x和y方向的偏角，δx和δy分別是x和y方向上主軸軸心最外端位移，即振動誤差，δe為主軸回轉誤差。基于建立的軸承-轉子動力學模型及相應的動力學矩陣模型，通過matlab軟件編寫相應的函數文件來求解常微分方程，得到x和y方向的振動位移，進而可以得到相應的空氣靜壓軸承-轉子系統在離心力、陀螺效應等速度效應影響下的回轉軌跡與不考慮速度效應的回轉軌跡比較圖，如圖4所示。
17、與現有技術相比，本專利技術具有以下優點：
18、本專利技術描述了速度效應影響下空氣靜壓軸承-轉子系統的回轉軌跡，將離心力、陀螺效應等速度效應引入空氣靜壓主軸振動分析，通過對比考慮速度效應與不考慮速度效應的回轉軌跡，更加直觀的反映了速度效應對主軸回轉誤差的影響。并通過改變主軸轉速獲取不同的回轉軌跡研究轉速對回轉誤差的影響。
19、通過建立軸承-轉子動力學模型得到了主軸的振動誤差，并對振動信號進行處理，得到速度效應影響下主軸系統的幅頻曲線，確定主軸系統固有頻率的數值范圍，避免發生共振。該方法運算效率高，通用性強，為實際機床加工中主軸回轉誤差的研究提供模型和依據。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種速度效應影響下空氣靜壓主軸回轉誤差仿真方法，其特征在于：包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種速度效應影響下空氣靜壓主軸回轉誤差仿真方法，其特征在于：該方法包括以下步驟，
【技術特征摘要】
1.一種速度效應影響下空氣靜壓主軸回轉誤差仿真方法，其特征在于：包括如下步驟：
2.根...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳東菊，杜曉蓓，范晉偉，王漢東，潘日，孫錕，
申請(專利權)人：北京工業大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。