电主轴转子系统动态参数的识别与
随着现代高速切削技术等现代加工制造技术，以及高速数控机床技术的飞速发展，电主轴技术也跟随需要迅速的发展了起来，电主轴的转速和输出功率也不断的提高。电主轴以其优良的各种机械和物理特性也使了人们足够重视，在电主轴的研究领域中其转子-轴承系统的一些动态特性参数的识别与分析是电主轴研究的研究的重点。本文以附加不平衡质量作为人工激励的方法来对油膜动态特性进行识别，从而对电主轴转子系统的动态特性进行研究。但是由于识别系统的系数矩阵存在严重的复相关性，而且特别是在刚性转子系统下，所建立的识别系统基本上都呈现不同程度的病态，由于这种病态的存在，大大影响了识别系统的精度，所以就会得非常大误差的转子系统的动态特性参数的识别。本文以刚性转子-轴承系统为所研究的对象，基于Tikhonnov正则化方法，对识别方程存在严重病态的系数矩阵进行进一步优化计算，从而大大提高人工激励的附加不平衡质量方法，对识别转子系统 的动态特性参数的稳定性和精度。关键字：电主轴，识别方程，动态特性，病态矩阵，正则化 目录
引言 1
第一章 绪论 2
1.1选题背景及研究意义 2
1.2 转子系统动力特性的国内外研究方法 4
1.2.1 线性化研究方法和非线性化研究方法 4
1.2.2滑动轴承的动态特性的研究现状 4
1.2.3转子系统动态特性分析研究现状 5
1.2.4识别方法的研究 6
1.3 国内外对于转子系统动态特性的一些研究现状 7
1.4 本文研究内容 9
第二章 转子轴承系统 11
2.1电主轴模型 11
2.2 转子动力学 12
2.3 流体润滑理论 13
2.4实际轴承的工作特性 13
2.5识别方程的数学模型 14
2.5.1识别系统的动力学模型 14
2.5.2转子系统的动力学方程建立 15
2.5.3频域变换识别动态特性系数 17
第三章 处理识别方程 21
3.1 病态矩阵 21
3.2正则化方法 22
3.3数值求解 23
第四章 算例及讨论 26
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2.5识别方程的数学模型 14
2.5.1识别系统的动力学模型 14
2.5.2转子系统的动力学方程建立 15
2.5.3频域变换识别动态特性系数 17
第三章 处理识别方程 21
3.1 病态矩阵 21
3.2正则化方法 22
3.3数值求解 23
第四章 算例及讨论 26
结论与展望 28
致谢 29
参考文献 30
引言
近年来为了适应加工技术的要求和提高数控机床的各种性能，在机床主轴设计领域，已经成功的将机床主轴和带动主轴的电机非常好的融为一体，并且这种技术已经应用非常广泛，这就是我们所说的电主轴。于是数控机床采用这种主轴技术代替传统的齿轮传动系统和带轮传动。将主轴和电机结合起来后，内置电机直接驱动机床主轴，这样原先比较复杂的转动系统的传动链就直接明了的将尺寸链变为了零，这就完美的实现了“零传动”。这种将主轴部件和电机等其他部件作为一个整体独立出来的，形成主轴单元就是我们上面所说的电主轴。高速数控机床的电主轴自身特性和工作性能的优良与否，会直接对机床加工和生产零件的效率和精度造成影响。随着社会市场和生产要求的不断提高，人们追求更加高效高速更加稳定，所以研究电主轴的特性就十分有意义和必要。在机床设计领域和研究人员和相关的机械系统设计人员在设计适应工作条件的电主轴的时候，会尽最大的努力在现有的技术基础和符合设计预算的情况下让电主轴的刚度尽可能的大。但是一味地追求电主轴的刚度最大化，就总会受到机床的整个转子系统的各种影响和各种限制。为了得到更好的关于转子性能的最大化，就必须研究电主轴转子系统的一些动态特性，由此才能更深入的研究电主轴的各种相关性能和整个机床系统的稳定加工等性能就变得非常有意义。
第一章 绪论
1.1选题背景及研究意义
随着工业和科学技术的不断发展，社会的生活变得更快速化，在机械行业，人们也不满足设备的性能，旋转机械转速不断增加，性能不断提高。在很多时候速度就决定一切，在高速旋转相关的一些机械加工设备的加工使用的性能的好坏就会直接影响到机械加工等现代化生活的各个领域。
以旋转运动为主运动的机器高速的运转时，这些机械的转子系统因为受到各种因素的影响和制约就会极其容易并且频繁的发生振动现象。一般条件和情况下微弱的和频率比较高的振动源会使机械体产生振动噪声，这样势必会使机器的工作效率大打折扣；当振动非常剧烈严重时，就会使使相关的机械元件破裂损坏，甚至会引起严重的事故。因而怎样想办法去尽量消除或者减缓转子系统引起的一系列振动，从而进一步去提高旋转机械的工作稳定性和强大的可靠性就成为设计在高转速条件下工作的机械的重要的研究方向和课题。
研究人员在追求旋转机械的更加自动化，智能化，轻型化，和高速化过程中，也更加认识到，旋转机械设备工作的可靠性、稳定性的重要性。于是，要适应和跟得上社会现在对旋转机械工作性能上：高可靠性，高转速，高功率，更长的寿命；机械结构上：智能化、高可控性、轻型化、小型化、结构更加紧凑。
现代工业中，在转子动力学不断快速的发展的基础上，用轴承作为转子的支承在旋转机械领域有着非常重要的地位和作用。设计者和研究人员如果要想得到较好研究结果，就必须把转子和轴承结合起来，形成轴承—转子系统，进行整体系统的研究[]。这是因为轴承的的放置位置和方法以及一些既定的转子的长度等一些自身的物理几何参数必然会不同程度的影响转子系统的临界转速的等的估算；而且就支承件的自身所具备有的物理属性刚度系数和和阻尼特性等性能对估算旋转轴临界转速、以及转子的不平衡响应等有着非常重要的影响。
在现在的高速旋转机械领域行业中，采用流体润滑方式的滑动轴承已经被非常普遍的应用在各类旋转机械中。滑动轴承的使用相对于过去滚动轴承的使用明显变多。由于滚动轴承的显著地优良特性，它会有更高的许用dn值，承载能力也相对比较大，而且其本身特性来讲，抗振性能的优越和更长的使用寿命也让它有了更广泛的应用[]。而且在我们国家不难发现，很多领域都要依靠高转运行的设备。于是发生一些由于高速重载下，机械设别本身的缺陷意外事故的事件也会变得更多。如汽轮发电机组，发生了许多安全事故，其中事故的缘由可能有很多，但是最重要的一个原因是机组中，由于转子轴承系统在工作使用过程中不可避免的存在的一些油膜力，封闭力等一些线性和非线性振源的存在，导致转子系统在一定的工作状况条件下，不可避免的就形成了一个自激振动系统。
其中电主轴，由于其工作转速很高，因此在工作是转子系统也可能因为油膜力等原因形成自激振动系统。所以对其动态特性的研究变得十分有意义。其中研究转子系统的动态特性，我们就必须研究润滑油膜的相关动态，以及其他的一系列周边问题。
尤其是对于拥有非常高的转速的轴承转子系统中，起润滑作用的油膜对整个系统有非常重要的影响。这里的油膜的动反力起支承起整个转子系统作用、以及减少磨损摩擦作用的同时，它的的相关的一些主要的动态特性系数，就势必会直接影响到整个转子系统的工作稳定性和加工精度等性能。
现代工业生产中，以旋转运动为主要运动的加工制造业中，由于油膜力等引起的不必要的振动对机械影响，特别是高速转子类的机械部件的影响是非常重要的。所以在整个机械运转过程中，一方面确保整体机器的可靠性和稳定性，另一方面也要尽最大的可能避免系统的振动导致的部件或系统的失效。而且在长期工作在复杂而且恶劣的条件下的旋转系统，对系统的各种磨损和疲劳，都会无法避免的影响到机械系统产生各种问题。因此，研究系统的动态特性，进而提高转子系统的抗振能力和减振能力就会极大的提高旋转机械的寿命，和整个设备运转过程中的稳定性，这个领域的研究有着不可替代的作用和影响。虽然在某些领域使用
引言 1
第一章 绪论 2
1.1选题背景及研究意义 2
1.2 转子系统动力特性的国内外研究方法 4
1.2.1 线性化研究方法和非线性化研究方法 4
1.2.2滑动轴承的动态特性的研究现状 4
1.2.3转子系统动态特性分析研究现状 5
1.2.4识别方法的研究 6
1.3 国内外对于转子系统动态特性的一些研究现状 7
1.4 本文研究内容 9
第二章 转子轴承系统 11
2.1电主轴模型 11
2.2 转子动力学 12
2.3 流体润滑理论 13
2.4实际轴承的工作特性 13
2.5识别方程的数学模型 14
2.5.1识别系统的动力学模型 14
2.5.2转子系统的动力学方程建立 15
2.5.3频域变换识别动态特性系数 17
第三章 处理识别方程 21
3.1 病态矩阵 21
3.2正则化方法 22
3.3数值求解 23
第四章 算例及讨论 26
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
2.5识别方程的数学模型 14
2.5.1识别系统的动力学模型 14
2.5.2转子系统的动力学方程建立 15
2.5.3频域变换识别动态特性系数 17
第三章 处理识别方程 21
3.1 病态矩阵 21
3.2正则化方法 22
3.3数值求解 23
第四章 算例及讨论 26
结论与展望 28
致谢 29
参考文献 30
引言
近年来为了适应加工技术的要求和提高数控机床的各种性能，在机床主轴设计领域，已经成功的将机床主轴和带动主轴的电机非常好的融为一体，并且这种技术已经应用非常广泛，这就是我们所说的电主轴。于是数控机床采用这种主轴技术代替传统的齿轮传动系统和带轮传动。将主轴和电机结合起来后，内置电机直接驱动机床主轴，这样原先比较复杂的转动系统的传动链就直接明了的将尺寸链变为了零，这就完美的实现了“零传动”。这种将主轴部件和电机等其他部件作为一个整体独立出来的，形成主轴单元就是我们上面所说的电主轴。高速数控机床的电主轴自身特性和工作性能的优良与否，会直接对机床加工和生产零件的效率和精度造成影响。随着社会市场和生产要求的不断提高，人们追求更加高效高速更加稳定，所以研究电主轴的特性就十分有意义和必要。在机床设计领域和研究人员和相关的机械系统设计人员在设计适应工作条件的电主轴的时候，会尽最大的努力在现有的技术基础和符合设计预算的情况下让电主轴的刚度尽可能的大。但是一味地追求电主轴的刚度最大化，就总会受到机床的整个转子系统的各种影响和各种限制。为了得到更好的关于转子性能的最大化，就必须研究电主轴转子系统的一些动态特性，由此才能更深入的研究电主轴的各种相关性能和整个机床系统的稳定加工等性能就变得非常有意义。
第一章 绪论
1.1选题背景及研究意义
随着工业和科学技术的不断发展，社会的生活变得更快速化，在机械行业，人们也不满足设备的性能，旋转机械转速不断增加，性能不断提高。在很多时候速度就决定一切，在高速旋转相关的一些机械加工设备的加工使用的性能的好坏就会直接影响到机械加工等现代化生活的各个领域。
以旋转运动为主运动的机器高速的运转时，这些机械的转子系统因为受到各种因素的影响和制约就会极其容易并且频繁的发生振动现象。一般条件和情况下微弱的和频率比较高的振动源会使机械体产生振动噪声，这样势必会使机器的工作效率大打折扣；当振动非常剧烈严重时，就会使使相关的机械元件破裂损坏，甚至会引起严重的事故。因而怎样想办法去尽量消除或者减缓转子系统引起的一系列振动，从而进一步去提高旋转机械的工作稳定性和强大的可靠性就成为设计在高转速条件下工作的机械的重要的研究方向和课题。
研究人员在追求旋转机械的更加自动化，智能化，轻型化，和高速化过程中，也更加认识到，旋转机械设备工作的可靠性、稳定性的重要性。于是，要适应和跟得上社会现在对旋转机械工作性能上：高可靠性，高转速，高功率，更长的寿命；机械结构上：智能化、高可控性、轻型化、小型化、结构更加紧凑。
现代工业中，在转子动力学不断快速的发展的基础上，用轴承作为转子的支承在旋转机械领域有着非常重要的地位和作用。设计者和研究人员如果要想得到较好研究结果，就必须把转子和轴承结合起来，形成轴承—转子系统，进行整体系统的研究[]。这是因为轴承的的放置位置和方法以及一些既定的转子的长度等一些自身的物理几何参数必然会不同程度的影响转子系统的临界转速的等的估算；而且就支承件的自身所具备有的物理属性刚度系数和和阻尼特性等性能对估算旋转轴临界转速、以及转子的不平衡响应等有着非常重要的影响。
在现在的高速旋转机械领域行业中，采用流体润滑方式的滑动轴承已经被非常普遍的应用在各类旋转机械中。滑动轴承的使用相对于过去滚动轴承的使用明显变多。由于滚动轴承的显著地优良特性，它会有更高的许用dn值，承载能力也相对比较大，而且其本身特性来讲，抗振性能的优越和更长的使用寿命也让它有了更广泛的应用[]。而且在我们国家不难发现，很多领域都要依靠高转运行的设备。于是发生一些由于高速重载下，机械设别本身的缺陷意外事故的事件也会变得更多。如汽轮发电机组，发生了许多安全事故，其中事故的缘由可能有很多，但是最重要的一个原因是机组中，由于转子轴承系统在工作使用过程中不可避免的存在的一些油膜力，封闭力等一些线性和非线性振源的存在，导致转子系统在一定的工作状况条件下，不可避免的就形成了一个自激振动系统。
其中电主轴，由于其工作转速很高，因此在工作是转子系统也可能因为油膜力等原因形成自激振动系统。所以对其动态特性的研究变得十分有意义。其中研究转子系统的动态特性，我们就必须研究润滑油膜的相关动态，以及其他的一系列周边问题。
尤其是对于拥有非常高的转速的轴承转子系统中，起润滑作用的油膜对整个系统有非常重要的影响。这里的油膜的动反力起支承起整个转子系统作用、以及减少磨损摩擦作用的同时，它的的相关的一些主要的动态特性系数，就势必会直接影响到整个转子系统的工作稳定性和加工精度等性能。
现代工业生产中，以旋转运动为主要运动的加工制造业中，由于油膜力等引起的不必要的振动对机械影响，特别是高速转子类的机械部件的影响是非常重要的。所以在整个机械运转过程中，一方面确保整体机器的可靠性和稳定性，另一方面也要尽最大的可能避免系统的振动导致的部件或系统的失效。而且在长期工作在复杂而且恶劣的条件下的旋转系统，对系统的各种磨损和疲劳，都会无法避免的影响到机械系统产生各种问题。因此，研究系统的动态特性，进而提高转子系统的抗振能力和减振能力就会极大的提高旋转机械的寿命，和整个设备运转过程中的稳定性，这个领域的研究有着不可替代的作用和影响。虽然在某些领域使用
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