第1章 绪论 1
1.1 国内外电主轴仿真技术研究现状 1
1.1.1 电主轴主轴的静态特性仿真 1
1.1.2 电主轴的动态特性仿真 3
1.1.3 电主轴的热态特性仿真 7
1.1.4 电主轴的流场特性仿真 13
1.2 小结 25
第2章 高速电主轴结构分析 27
2.1 内置电机 27
2.2 轴承 28
2.2.1 轴承的选择 29
2.2.2 轴承的配置形式 30
2.2.3 轴承的预紧 31
2.2.4 轴承静刚度的简化计算 33
2.3 主轴 34
2.3.1 主轴材料的选择 34
2.3.2 主轴的刚度分析 34
2.3.3 主轴的热处理 34
2.3.4 电机转子与主轴过盈量分析 35
2.3.5 主轴的动平衡分析 37
2.3.6 主轴的临界转速分析 38
2.4 润滑系统 39
2.5 冷却系统 41
2.5.1 电主轴的散热分析 41
2.5.2 电主轴的螺旋冷却水道分析 41
2.6 小结 42
第3章 静力学仿真分析 43
3.1 主轴静力学仿真 43
3.1.1 优化模型的建立 43
3.1.2 仿真结果 44
3.2 轴承的静力学问题 48
3.2.1 接触问题与单元类型 49
3.2.2 弹性接触问题基本方程 51
3.2.3 接触问题解析解 51
3.2.4 有限元模型建立 52
3.2.5 网格划分与接触对定义 53
3.2.6 约束边界条件与外载荷 54
3.2.7 求解设置 57
3.2.8 计算结果及分析 57
3.3 小结 61
第4章 高速电主轴主轴动力学 62
4.1 邓柯莱法临界转速估算 62
4.1.1 均匀质量轴的临界转速计算 63
4.1.2 带圆盘不计轴自重时轴的一阶临界转速计算 64
4.1.3 实例计算 64
4.2 主轴动态仿真分析 67
4.2.1 主轴转子-轴承系统运动微分方程 67
4.2.2 主轴模态分析 68
4.3 主轴谐响应分析 68
4.4 高速磨床电主轴主轴动力学仿真 69
4.5 ANSYS中的加载与求解 71
4.6 试验研究 73
4.6.1 静态锤击法 73
4.6.2 动态试验法 74
4.7 结果与分析 76
4.8 松拉刀电主轴主轴动力学仿真 76
4.8.1 电主轴结构 76
4.8.2 电主轴主轴动态性能分析 78
4.9 小结 82
第5章 高速电主轴轴承动态仿真分析 83
5.1 球轴承和非线性动力学理论基础 83
5.1.1 球轴承的结构特点 83
5.1.2 球轴承的基础理论 86
5.1.3 非线性动力系统基本理论 88
5.2 高速电主轴轴承非线性动力学分析 94
5.2.1 滚动轴承受力分析 95
5.2.2 轴承径向游隙变化下的系统动力学分析 99
5.3 基于LS-DYNA的轴承动力学分析 108
5.3.1 LS-DYNA简介 108
5.3.2 LS-DYNA的方程 109
5.3.3 LS-DYNA有限元显式算法 110
5.3.4 混合陶瓷球轴承动力学分析 110
5.4 小结 124
第6章 高速电主轴的传热分析与温度场数学模型 125
6.1 传热的基本类型 125
6.1.1 热传导 125
6.1.2 热对流 125
6.1.3 热辐射 126
6.2 电主轴的传热机制 126
6.2.1 高速电主轴的热源及发热量分析 127
6.2.2 高速电主轴的传热分析 130
6.3 温度场计算的有限元法 134
6.3.1 傅立叶定律 134
6.3.2 温度场的数学模型及边界条件 134
6.3.3 稳态传热 136
6.3.4 瞬态传热 137
6.4 高速电主轴的热态仿真分析 137
6.4.1 材料参数与边界初始条件 137
6.4.2 主轴的热力学分析 138
6.5 混合陶瓷球轴承的热分析 140
6.5.1 实体模型的建立及单元选择 140
6.5.2 边界条件 141
6.6 热态特性对电主轴系统动力学特性的影响 143
6.6.1 物理模型创建 144
6.6.2 数值仿真结果 145
6.6.3 电主轴的试验研究 148
6.6.4 改善电主轴热态特性的基本思路 151
6.7 小结 152
第7章 流场仿真分析 153
7.1 电主轴风场仿真 153
7.1.1 数值模拟模型 153
7.1.2 电主轴的试验研究 159
7.1.3 仿真结果与试验结果对比 164
7.2 电主轴水冷分析 166
7.2.1 最佳冷却系统的确定 167
7.2.2 热态特性仿真分析 172
7.2.3 试验验证 176
7.3 液体静压主轴仿真与试验验证 181
7.3.1 液体静压主轴结构 181
7.3.2 液体静压轴承的工作原理及结构 182
7.3.3 液体静压轴承的数学模型 184
7.3.4 液体静压轴承仿真分析 187
7.3.5 液体静压轴承试验验证 191
7.4 小结 192
参考文献 194