高速主轴系统非线性动力学建模与数值仿真
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TG5

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国家自然科学基金资助项目(51005169);上海市“十二五”基础性研究重点资助项目(12JC1408700/11JC1413200)


Nonlinear Modelling and Numerical Simulation of High Speed Spindle System
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    摘要:

    为了深入分析主轴-刀柄系统的非线性动力学特性,以高速切削机床的主轴-刀柄系统为研究对象,综合考虑主轴-刀柄结合面及角接触球轴承非线性接触力,基于铁木辛柯梁理论建立了包含转动惯量、剪切变形及偏心质量影响的主轴-刀柄系统有限元动力学模型。对该模型进行数值计算的结果表明,由于主轴-刀柄结合面及支承轴承处非线性接触力的存在,主轴-刀柄振动系统具有非常复杂的周期运动、倍周期运动和混沌运动,倍周期分岔是主轴-刀柄系统通向混沌的主要道路。系统在某些偏心量下经历几次倍周期分岔最终会产生混沌运动,应在实际设计过程中尽量避开该参数区域。

    Abstract:

    In order to better understand the nonlinear dynamics behavior of the high speed spindle-holder system based on the Timoshenko beam theory, a spindle-holder system model that includes rotary inertia, shear and eccentricity is established by utilizing finite element methods. The nonlinear effects caused by bearings and the interface of spindle and holder have also been taken into account. The results of numerical analysis show that the system exhibits rich nonlinear dynamical behavior, including periodic motion, periodic-doubling motion and chaotic motion. The main route that results in system chaos is period doubling bifurcation. Under a certain amount of eccentricities, the system will eventually produce chaotic motion after several times of period-doubling bifurcation. Such parameters should be avoided in the actual design process.

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  • 在线发布日期: 2014-11-14
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