高速精密电主轴仿真关键技术研究
出版时间： 2018年版
内容简介
　　本书系统地研究了电主轴的仿真分析思路、方法和技巧。通过学习本书，可极大地提高机械工程师的设计仿真效率，大限度地挖掘工程师的创造力。本书基于 ANSYS 有限元、MATLAB 分析和 SolidWorks 三维建模等软件，结合电主轴三维设计及仿真分析，在 ７ 章篇幅里依次介绍了国内外电主轴仿真分析现状，电主轴的设计思路及关于其静态特性、动态特性、热态特性和流体特性的仿真分析。本书介绍了 ANSYS 、 MATLAB 和 SolidWorks 等软件在电主轴研究中的应用，重点介绍了电主轴的仿真分析方法和过程，力求紧扣操作环节，语言简洁，避免了冗长的解释说明，使读者能够快速了解电主轴的仿真分析方法和步骤。在仿真分析过程中，通过适量的电主轴综合实例操作，向读者系统地展示了电主轴的 仿真分析思路、方法、过程和技巧
目录
第 １ 章 　 绪论 １
　１．１　 国内外电主轴仿真技术研究现状 １
　　１．１．１　 电主轴主轴的静态特性仿真 １
　　１．１．２　 电主轴的动态特性仿真 ３
　　１．１．３　 电主轴的热态特性仿真 ７
　　１．１．４　 电主轴的流场特性仿真 １３
　１．２　 小结 ２５
第 ２ 章 　 高速电主轴结构分析 ２７
　２．１　 内置电机 ２７
　２．２　 轴承 ２８
　　２．２．１　 轴承的选择 ２９
　　２．２．２　 轴承的配置形式 ３０
　　２．２．３　 轴承的预紧 ３１
　　２．２．４　 轴承静刚度的简化计算 ３３
　２．３　 主轴 ３４
　　２．３．１　 主轴材料的选择 ３４
　　２．３．２　 主轴的刚度分析 ３４
　　２．３．３　 主轴的热处理 ３４
　　２．３．４　 电机转子与主轴过盈量分析 ３５
　　２．３．５　 主轴的动平衡分析 ３７
　　２．３．６　 主轴的临界转速分析 ３８
　２．４　 润滑系统 ３９
　２．５　 冷却系统 ４１
　　２．５．１　 电主轴的散热分析 ４１
２．５．２　 电主轴的螺旋冷却水道分析 ４１
　２．６　 小结 ４２
第 ３ 章 　 静力学仿真分析 ４３
　３．１　 主轴静力学仿真 ４３
　　３．１．１　 优化模型的建立 ４３
　　３．１．２　 仿真结果 ４４
　３．２　 轴承的静力学问题 ４８
　　３．２．１　 接触问题与单元类型 ４９
　　３．２．２　 弹性接触问题基本方程 ５１
　　３．２．３　 接触问题解析解 ５１
　　３．２．４　 有限元模型建立 ５２
　　３．２．５　 网格划分与接触对定义 ５３
　　３．２．６　 约束边界条件与外载荷 ５４
　　３．２．７　 求解设置 ５７
　　３．２．８　 计算结果及分析 ５７
　３．３　 小结 ６１
第 ４ 章 　 高速电主轴主轴动力学 ６２
　４．１　 邓柯莱法临界转速估算 ６２
　　４．１．１　 均匀质量轴的临界转速计算 ６３
　　４．１．２　 带圆盘不计轴自重时轴的一阶临界转速计算 ６４
　　４．１．３　 实例计算 ６４
　４．２　 主轴动态仿真分析 ６７
　　４．２．１　 主轴转子-轴承系统运动微分方程 ６７
　　４．２．２　 主轴模态分析 ６８
　４．３　 主轴谐响应分析 ６８
　４．４　 高速磨床电主轴主轴动力学仿真 ６９
　４．５　ANSYS 中的加载与求解 ７１
　４．６　 试验研究 ７３
　　４．６．１　 静态锤击法 ７３
　　４．６．２　 动态试验法 ７４
　４．７　 结果与分析７６
　４．８　 松拉刀电主轴主轴动力学仿真 ７６
　　４．８．１　 电主轴结构 ７６
　　４．８．２　 电主轴主轴动态性能分析 ７８
４．９　 小结 ８２
第 ５ 章 　 高速电主轴轴承动态仿真分析 ８３
　５．１　 球轴承和非线性动力学理论基础 ８３
　　５．１．１　 球轴承的结构特点 ８３
　　５．１．２　 球轴承的基础理论 ８６
　　５．１．３　 非线性动力系统基本理论 ８８
　５．２　 高速电主轴轴承非线性动力学分析 ９４
　　５．２．１　 滚动轴承受力分析 ９５
　　５．２．２　 轴承径向游隙变化下的系统动力学分析 ９９
　５．３　 基于 LSＧDYNA 的轴承动力学分析 １０８
　　５．３．１　LSＧDYNA 简介 １０８
　　５．３．２　LSＧDYNA 的方程 １０９
　　５．３．３　LSＧDYNA 有限元显式算法 １１０
　　５．３．４　 混合陶瓷球轴承动力学分析 １１０
　５．４　 小结 １２４
第 ６ 章 　 高速电主轴的传热分析与温度场数学模型 １２５
　６．１　 传热的基本类型 １２５
　　６．１．１　 热传导 １２５
　　６．１．２　 热对流 １２５
　　６．１．３　 热辐射 １２６
　６．２　 电主轴的传热机制 １２６
　　６．２．１　 高速电主轴的热源及发热量分析 １２７
　　６．２．２　 高速电主轴的传热分析 １３０
　６．３　 温度场计算的有限元法 １３４
　　６．３．１　 傅立叶定律 １３４
　　６．３．２　 温度场的数学模型及边界条件 １３４
　　６．３．３　 稳态传热 １３６
　　６．３．４　 瞬态传热 １３７
　６．４　 高速电主轴的热态仿真分析 １３７
　　６．４．１　 材料参数与边界初始条件 １３７
　　６．４．２　 主轴的热力学分析 １３８
　６．５　 混合陶瓷球轴承的热分析 １４０
　　６．５．１　 实体模型的建立及单元选择 １４０
６．５．２　 边界条件 １４１
６．６　 热态特性对电主轴系统动力学特性的影响 １４３
　　６．６．１　 物理模型创建 １４４
　　６．６．２　 数值仿真结果 １４５
　　６．６．３　 电主轴的试验研究 １４８
　　６．６．４　 改善电主轴热态特性的基本思路 １５１
　６．７　 小结 １５２
第 ７ 章 　 流场仿真分析 １５３
　７．１　 电主轴风场仿真 １５３
　　７．１．１　 数值模拟模型 １５３
　　７．１．２　 电主轴的试验研究 １５９
　　７．１．３　 仿真结果与试验结果对比 １６４
　７．２　 电主轴水冷分析 １６６
　　７．２．１　 最佳冷却系统的确定 １６７
　　７．２．２　 热态特性仿真分析 １７２
　　７．２．３　 试验验证 １７６
　７．３　 液体静压主轴仿真与试验验证 １８１
　　７．３．１　 液体静压主轴结构 １８１
　　７．３．２　 液体静压轴承的工作原理及结构 １８２
　　７．３．３　 液体静压轴承的数学模型 １８４
　　７．３．４　 液体静压轴承仿真分析 １８７
　　７．３．５　 液体静压轴承试验验证 １９１
　７．４　 小结 １９２
参考文献 １９４