压电驱动器可控预紧力主轴设计及性能分析

压电驱动器可控预紧力主轴设计及性能分析

论文摘要

可控预紧力主轴能够满足高速主轴在整个切削转速范围内热、动特性兼优的要求,已逐步成为智能主轴的重要发展方向。为弥补压电驱动器(piezoelectric actuator,PEA)可控预紧力主轴设计及选型方面的不足,提出一种具有分辨率高、响应快、对切削刚度影响小及结构紧凑等优点的PEA可控预紧力主轴结构。建立了静止状态和运行状态下的角接触球轴承刚度模型,并以此为基础建立了PEA可控预紧力主轴的等效力学模型,得到了预紧机构负载刚度随预紧位移的变化规律。然后,分析了PEA的输出特性,建立了预紧机构的实际输入输出模型,并通过该模型分析了初始预紧力和PEA刚度对预紧力控制区间的影响规律,进而提出了预紧机构设计选型原则。最后,应用提出的主轴结构和预紧机构设计选型原则设计了PEA可控预紧力主轴试验台。试验结果表明预紧力控制分辨率为1.5 N,阶跃响应时间为300 ms,验证了所建预紧机构实际输入输出模型的准确性;温度控制试验结果表明该主轴试验台具有良好的温度调控能力。研究结果可为实际工程中PEA可控预紧力主轴的设计提供指导。

论文目录

  • 1 PEA可控预紧力主轴结构设计
  • 2 PEA可控预紧力主轴力学模型
  •   2.1 静止状态下的角接触球轴承刚度模型
  •   2.2 运行状态下的角接触球轴承刚度模型
  •   2.3 PEA可控预紧力主轴预紧机构负载刚度
  • 3 PEA可控预紧力主轴预紧分析
  •   3.1 PEA输出位移、输出力与驱动电压的关系
  •   3.2 预紧机构输入输出模型
  •   3.3 预紧机构设计选型原则
  • 4 PEA可控预紧力主轴可行性验证试验
  •   4.1 PEA可控预紧力主轴试验台搭建
  •   4.2 PEA可控预紧力主轴性能分析
  •   4.3 PEA可控预紧力主轴输入输出验证试验
  •   4.4 PEA可控预紧力主轴温度控制试验
  • 5 结论
  • 文章来源

    类型: 期刊论文

    作者: 孔德帅,胡高峰,张冠伟,张大卫

    关键词: 高速主轴,可控预紧力,压电驱动器,温度控制

    来源: 工程设计学报 2019年06期

    年度: 2019

    分类: 工程科技Ⅱ辑,工程科技Ⅰ辑

    专业: 金属学及金属工艺

    单位: 天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室,天津职业技术师范大学高速切削与精密加工天津市重点实验室

    基金: 国家科技重大专项资金资助项目(2015ZX04005001)

    分类号: TG502

    页码: 743-752

    总页数: 10

    文件大小: 5794K

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