[發(fā)明專利]端面磨削主軸剛體動力學(xué)建模及動態(tài)設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010575877.9
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN112329158A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣書運(yùn);林圣業(yè)
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 許小莉

1.端面磨削主軸剛體動力學(xué)建模及動態(tài)設(shè)計(jì)方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟1：將端面磨削主軸簡化為5自由度剛體動力學(xué)模型；

步驟2：端面磨削主軸剛性轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)動力學(xué)特性計(jì)算；

步驟3：端面磨削主軸動態(tài)設(shè)計(jì)，獲得大的軸向剛度和固有頻率。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的端面磨削主軸剛體動力學(xué)建模及動態(tài)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟1所述將端面磨削主軸簡化為5自由度剛體動力學(xué)模型，具體為：主軸轉(zhuǎn)子簡化為剛體；靜壓推力軸承等效為具有軸向剛度、角剛度、軸向阻尼和角阻尼的彈性元件；滾動軸承等效為具有徑向剛度的彈性元件。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的端面磨削主軸剛體動力學(xué)建模及動態(tài)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟2所述端面磨削主軸剛性轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)動力學(xué)特性計(jì)算具體包括：

步驟2a：建立主軸轉(zhuǎn)子受力平衡方程；

步驟2b：建立支承力學(xué)模型；

步驟2c：計(jì)算主軸轉(zhuǎn)子在3向切削力作用下的平衡位置以及軸向剛度；

步驟2d：計(jì)算端面磨削主軸轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的固有頻率；

步驟2e：計(jì)算端面磨削主軸在切削力和不平衡力雙重激勵下的端面振動量。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的端面磨削主軸剛體動力學(xué)建模及動態(tài)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟2a所述建立主軸轉(zhuǎn)子受力平衡方程，具體為：

式中：F_c為切向主磨削力；F_f為徑向過給力；F_p為軸向磨削力；G為主軸轉(zhuǎn)子受到的重力；為靜壓推力軸承軸向支承力；和分別為靜壓推力軸承繞x方向和y方向的抗傾覆力矩；和分別為調(diào)心球軸承沿x方向和y方向的支承力；和分別為后支承沿x方向和y方向的支承力；L_w為砂輪到主軸轉(zhuǎn)子質(zhì)心的軸向距離；L_f為調(diào)心球軸承到主軸轉(zhuǎn)子質(zhì)心的軸向距離；L_R為后支承到主軸轉(zhuǎn)子質(zhì)心的軸向距離；R_w為砂輪外半徑。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的端面磨削主軸剛體動力學(xué)建模及動態(tài)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟2b所述建立支承力學(xué)模型，具體為：

靜壓推力軸承理論模型：

式中：下標(biāo)q＝1表示前推力軸承，q＝2表示后推力軸承；p_q為水膜壓力；h_q為水膜厚度；μ為水的黏度；ω為推力盤自轉(zhuǎn)角速度；t為時間；r和分別為平面極坐標(biāo)系的徑向坐標(biāo)和角坐標(biāo)；G_rq和分別為徑向湍流因子和周向湍流因子；k表示工作腔的序號；為通過小孔節(jié)流器流入工作腔的流量；和分別為經(jīng)過4個封水面流出工作腔的流量；θ₂為工作腔張角；R_n1和R_n2分別為工作腔的內(nèi)半徑和外半徑；z^T為推力盤沿z軸的位移；和分別為推力盤繞x軸和y軸的轉(zhuǎn)角；

調(diào)心球軸承準(zhǔn)靜力學(xué)模型：

式中：D為滾珠直徑；r_i為內(nèi)圈滾道半徑；r_o為外圈滾道半徑；u_r為徑向游隙；Z_b為調(diào)心球軸承單列滾珠個數(shù)；ψ_qj為第q列第j個滾珠的角位置；δ_iqj為滾珠與內(nèi)圈的接觸變形；δ_oqj為滾珠與外圈的接觸變形；Q_iqj為滾珠與內(nèi)圈的接觸力；Q_oqj為滾珠與外圈的接觸力；α_iqj為滾珠與內(nèi)圈的接觸角；α_oqj為滾珠與外圈的接觸角；F_cqj為滾珠離心力；M_gqj為滾珠陀螺力矩；

后支承徑向支承力計(jì)算表達(dá)式：

式中：為后支承等效剛度；和分別為后支承沿x方向和y方向的位移。