[發明專利]高速電主軸動態支承剛度測試裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201910614445.1
• 申請日: 2019-07-09
• 公開（公告）號: CN110220706B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 李朝陽;田勝利;陳小安;合燁
• 申請（專利權）人: 重慶大學;重慶工商大學
• 主分類號: G01M13/04
• 分類號: G01M13/04
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 呂小琴

1.一種高速電主軸動態支承剛度測試裝置，其特征在于，包括用于向電主軸輸出端的加載棒施加徑向加載力的機械加載裝置、用于控制機械加載裝置加載力的加載控制裝置以及用于采集所述加載力以及加載棒的位移變化的數據采集單元；所述機械加載裝置包括剛度基座，所述剛度基座的頂部設有兩個并排設置的滾動軸承，滾動軸承的外圈與加載棒接觸加載；所述加載控制裝置包括向剛度基座提供作用力的動力裝置。

2.根據權利要求1所述的高速電主軸動態支承剛度測試裝置，其特征在于，該測試裝置還包括潤滑裝置，所述潤滑裝置包括潤滑導管，所述潤滑導管的一端與潤滑劑儲存箱連接，另一端的管口迎向加載棒的加載點設置，用于向加載點提供潤滑劑。

3.根據權利要求1所述的高速電主軸動態支承剛度測試裝置，其特征在于，所述數據采集單元包括用于測量動力裝置向剛度基座施加的作用力的壓力傳感器，設置在加載棒的加載點的正上方用于檢測加載棒在加載力作用下的位移量的電渦流傳感器。

4.根據權利要求3所述的高速電主軸動態支承剛度測試裝置，其特征在于，所述剛度基座通過滑動副固定在機架上，所述滑動副包括固定在機架上的滑動基座以及貫穿所述滑動基座且與所述滑動基座滑動連接的滑動支柱，所述滑動支柱的一端與所述剛度基座連接，另一端與所述動力裝置的輸出端連接；所述壓力傳感器設置在動力裝置的輸出端與滑動支柱之間。

5.根據權利要求1所述的高速電主軸動態支承剛度測試裝置，其特征在于，該測試裝置還包括用于調節動力裝置位置的動力裝置安裝機構，所述動力裝置安裝機構包括第一立柱、設置在所述第一立柱上的第一套管以及水平設置且與第一套管的管壁固定連接的安裝板，所述第一套管可沿第一立柱上下滑動，所述動力裝置安裝在所述安裝板上。

6.根據權利要求4所述的高速電主軸動態支承剛度測試裝置，其特征在于，所述動力裝置包括氣缸以及與所述氣缸連接并用于控制氣缸工作的電氣比例閥，所述壓力傳感器設置在氣缸的活塞桿與滑動支柱之間。

7.根據權利要求6所述的高速電主軸動態支承剛度測試裝置，其特征在于，所述氣缸的活塞桿通過浮動接頭與壓力傳感器的連接接頭相連接。

8.一種利用權利要求書1-7任一所述測試裝置測量高速電主軸動態支承剛度的測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：采集電主軸輸出端的加載棒所受的徑向加載力以及加載棒在所述徑向加載力作用下的位移量；

S2：建立電主軸的等效模型，并根據所述等效模型確定電主軸的前/后軸承的支撐點；

S3：根據靜力學平衡條件計算電主軸的前/后軸承的支撐點的載荷，根據加載棒在徑向加載力作用下的位移量計算電主軸的前/后軸承的支撐點的位移量，最后根據軸承剛度定義計算得到電主軸的前/后軸承的動態徑向支承剛度即為電主軸動態支承剛度。

9.根據權利要求8所述的高速電主軸動態支承剛度測試方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括：

S21：將電主軸的前后軸承視為一套雙列軸承，建立電主軸的等效模型，確定徑向載荷F_r的有效作用點D；

S22：根據前后兩個雙列球軸承壓力中心之間的距離l_a大于單個雙列軸承中的兩個軸承壓力中心之間的距離l_b時，F_r作用點的移動可被忽略，將電主軸前/后軸承的支承點簡化為各自兩個軸承壓力中心連線的中點處A點和B點。

10.根據權利要求9所述的高速電主軸動態支承剛度測試方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括：

S31：根據靜力學平衡條件計算電主軸的前/后軸承的支撐點的載荷所采用的具體公式為：

其中：l_ij為等效模型中各等效點間的水平距離，F_A為主軸的前軸承的支撐點A的載荷，F_B為主軸的后軸承的支撐點B的載荷，

S32：根據加載棒在徑向加載力作用下的位移量計算電主軸的前軸承的支撐點A的位移量和后軸承的支撐點B的位移量所采用的具體方法為：

根據電主軸的等效模型可知：

y_C＝y₁+y₃ (3)

y_E＝y₂+y₄ (4)

其中，y_C為加載棒位移量采集點C處采集到的位移量，y_E為加載棒位移量采集點E處采集到的位移量；y₁和y₂分別為假設電主軸的軸承為剛性，無徑向位移變形時加載棒位移量采集點C和加載棒位移量采集點E的位移量；y₃和y₄分別為假設電主軸的支撐軸為剛性，無徑向位移變形時加載棒位移量采集點C和加載棒位移量采集點E的位移量；

根據材料力學分析電主軸轉子在外力F_r作用下的撓度曲線可得：

其中：E為轉子的彈性模量；J為轉子的等效慣性矩，d_v為轉子的當量直徑，d_i為第i段階梯軸的直徑，l_i為第i段階梯軸的長度，L為階梯軸的總長度，N為階梯軸的軸端數；

由電主軸變形位移的幾何關系可得：

其中，δ_A和δ_B分別為電主軸的前軸承的支撐點A的位移量和后軸承的支撐點B的位移量；

S32：根據軸承剛度定義計算得到電主軸的前軸承的動態徑向支承剛度K_A和后軸承的動態徑向支承剛度K_B所采用的具體公式為：