高速旋转静压支承接头的芯轴动态力学分析.pdf

2010年2月
润滑与密封
Feb.2010
第35卷第2期
LUBRICATION ENGINEERING
Vol 35 No. 2
DOI:10.3969/ i. Issn.0254-0150.2010.02.014
高速旋转静压支承接头的芯轴动态力学分析
凌玲王云懋吴百海
(广东工业大学机电工程学院广东广州510006
摘要:以研究和开发新型的两通道高速旋转静压支承接头为目的,借助大型有限元 ANSYS软件,分析了高速旋转
静压支承接头芯轴的固有振动特性及谐响应,探讨了旋转接头的动力特性。结果表明:芯轴刚性越大,临界转速越高;
在简谐荷载激励下,随着工作频卒的增大,芯轴各处的径向动态位移均有不同程度的增加,但均满足芯轴结构的动态特8
性设计要求。
8关键、静压支承接头:感轴:振动特性;谐响应:有限元法
中图分类号:TH131文献标识码:A文章编号:0254-0150(2010)2-056-3
Analysis of Dynamic Mechanics for Spindle of Hydrostatic
Bearing Union in High Speed Rotation
Ling Ling Wang Yunmao Wu Baihai
College of Mechatronic Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou Guangdong 510006, China)
Abstract: With a view of studying and developing a new-type high speed rotation union of static pressure supporting
with two channels based on finite element method and ANSYS software the intrinsic vibralion characteristic and harmon
ic response for the spindle in high speed rotation union of static pressure supporting were analyzed, and the dynamic char-
acteristic of rotation union was explored. The results show that the critical speed of spindle is proportional to its rigidity, as
the increase of the operating frequency, the radial dynamic displacements of spindle are inordinately increased under th
humorous load, but the dynamic characteristic of spindle structure can satisfy the design requirements
Keywords hydrostatic bearing union; spindle; intrinsic vibration characteristic; harmonic response; finite element method
高速旋转接头是一种由机械的固定部位向旋转部特性。对其进行模态分析可以使结构设计避免共振或
位传输介质的专用联接体。此类接头的研发主要分布以特定频率进行振动,有助于认识结构对于不同类型
在发达国家,他们生产的精密旋转接头性能可靠、使的动力载荷是如何响应的,也有助于其他动力学分析
用范围广。而目前国内对高速旋转接头的研发仍处于中估算求解控制参数。因此,对芯轴进行动力学研究
起步阶段,仍存在着不少尚未解决的难题。因此,目是很有必要的。虚拟动力学研究是一种先进的新方
前国内使用的该类产品绝大部分依然依赖于进口叫。法,具有其他方法无法比拟的优点,如:节省研究经
由于受到各种客观条件的制约,人们往往依靠经费,缩短产品的开发周期等。
验对旋转接头进行设计和加工,其结果与设计要求相
本文作者以研究和开发新型的两通道高速旋转静
差甚远。有限元方法则是一种利用计算机进行数值分压接头为目的,应用有限元软件Marc/ Mentat中的轴
析的近似计算方法,由于采用有限元方法能自动满足承模块,计算了该静压支承油膜的压力分布以及油膜
变形协调条件,因此进行轴系有限元分析时,就不必的承载能力和刚度。通过研究分析和使用,所研究的
考虑非静定帯来的问题,所以几乎所有的弹塑性结静压支承结构已成功满足高速旋转要求,油膜刚度
构静力学和动力学问题都可以用它求得满意的数值计强,且接近零磨损。现拟采用有限元软件 ANSYS对
算结果。
静压支承接头的芯轴进行动力学分析,旨在研究芯轴
为了使旋转接头的芯轴达到高速度、高刚度的要的固有频率、振型及谐响应,给出芯轴在正弦激励下
求,并使其安全可靠地工作,保证运转精度,芯轴不的响应情况,对高速旋转接头的结构优化提供依据。
仅要具有良好的静态特性,而且必须具有良好的动态1芯轴动态特性有限元分析模型
1.1简化支承模型
收稿日期:2009-05-07
两通道高速旋转接头的芯轴主要有前端的静压轴
作者简介:凌玲(1960-),女,副教授,硕士,主要从事机电承和后段的深汋球轴承提供支承,如图1所示。虽然
工程及智能控制的研究,E-mail:lingling7@yaho.com.cn
2个轴承的刚度不同、外径不同,但均可以用相同的