气体静压主轴模态仿真分析及试验研究

作者：王玉伟; 吴东旭^*; 索奇; 肖北川; 王辉

来源：制造技术与机床, 2023, (02): 12-20.

DOI：10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.02.002

• 气体静压主轴
• 模态分析
• 重根模态
• 模态试验

为准确获取气体静压主轴的动力学模态特性，分别建立主轴转子及主轴部件的有限元模型，对有限元模型中添加的弹簧及电机约束边界条件进行了研究，并分别对以上两个有限元模型进行模态计算。比较两种情况下的结构固有频率、振型趋势及各阶模态下的有效参与质量，分析主轴部件中的外壳对主轴转子模态参数的影响，其中仅保留主轴转子的前六阶固有频率为1.5 Hz、277 Hz、279 Hz、316 Hz、384 Hz、385 Hz，而主轴部件的前六阶固有频率为1.5 Hz、259 Hz、270 Hz、281 Hz、352 Hz、363 Hz，以上结果中均包含刚体模态及重根模态。两者比较结果表明主轴部件的固有频率因其质量的增加而有所降低，且主轴部件不再满足对称结构形式，因而相对于仅保留主轴转子重根模态的情况有所减弱。基于有限元仿真分析结果，进一步对主轴部件进行模态试验验证，通过仿真与试验对比，结果表明主轴转子的有限元仿真结果与试验测量结果更加贴近，其前三阶误差分别为0.6%、10.6%和2.6%。上述仿真边界条件的加载与计算过程及试验测试方法对进一步提高气体静压主轴模态参数仿真精度及修正动力学仿真模型提供了有益参考。