崔　立

(上海第二工业大学工学部，上海 201209)



基于预紧轴承动刚度的高速电主轴动特性分析*

上海市自然科学基金项目(14ZR1416800)；上海市联盟计划项目(LM201408)；国家自然科学基金资助(51305251、50905061)；上海第二工业大学重点学科“材料与工程”(XXKZD1601)

崔立

(上海第二工业大学工学部，上海 201209)

针对定位预紧的电主轴球轴承，基于球和套圈相互作用模型，推导了球轴承刚度求解模型，使用Newton-Raphson方法求解可到刚度矩阵。基于Riccati传递矩阵法，给出了考虑轴承动刚度的电主轴临界转速计算方法。建立了铣削激振下考虑轴承动刚度的电主轴动力学方程，使用Runge-Kutta法求解得到电主轴动力学响应。对某铣削高速电主轴计算，结果发现轴承径向刚度随转速增大而减小，采用定位预紧后刚度增大，且随转速增大轴心预紧刚度增大明显。考虑轴承动刚度可得到更为准确的电主轴动特性结果，最后通过高速电主轴动特性实验证明了该模型对动特性预测的准确性。

高速电主轴；动刚度；球轴承；动态特性；临界转速

电主轴的动态特性指它抵抗受迫及自激振动的能力。动态特性包括固有振动特性和响应特性，这些特性对机床加工性能的影响很大，不仅影响机床的加工精度、使用寿命，也影响着其高效率性能的发挥。

为提高电主轴的精度，主轴上使用的滚动轴承需预紧，轴承预紧后各滚动体受力将更加均匀，可提高抗振性。目前关于考虑轴承预紧，研究电主轴性能的研究已有不少。Alfares等[1]建立了电主轴的五自由度动力学方程，分析了轴承预紧力对电主轴动力学性能影响，结果表明随着初始预紧力的增大主轴的振动量减小，但预紧力增大到一定程度时，主轴的振动将不再明显减小。……