【摘 要】
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高速电主轴是高档机床的核心部件,其动力学特性直接影响了机床的加工能力和加工精度,由于高速电主轴系统中存在许多不确定性因素,基于确定性电主轴动力学模型很难准确预测其动力学特性,因此开展电主轴系统不确定性问题研究具有非常重要的现实意义。本文以高速电主轴为研究对象,建立其转子系统动力学模型,将混沌多项式展开（PCE）方法应用于电主轴振动响应不确定性分析,论文主要研究内容如下:（1）以高速电主轴为研究对象
【基金项目】
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NFSC-河南联合基金重点资助项目“超硬磨料超高速磨削关键技术基础研究”（项目编号:U1604254）； 国家自然科学基金面上项目“模型不确定转子系统的非参数随机动力学建模及分析方法研究”（项目编号:12072106）； 河南省高等学校重点科研项目“高速大功率磨削电主轴动态性能分析及软件开发”（项目编号:20A460007）；
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高速电主轴是高档机床的核心部件,其动力学特性直接影响了机床的加工能力和加工精度,由于高速电主轴系统中存在许多不确定性因素,基于确定性电主轴动力学模型很难准确预测其动力学特性,因此开展电主轴系统不确定性问题研究具有非常重要的现实意义。本文以高速电主轴为研究对象,建立其转子系统动力学模型,将混沌多项式展开（PCE）方法应用于电主轴振动响应不确定性分析,论文主要研究内容如下:（1）以高速电主轴为研究对象,基于Timoshenko梁理论建立了转轴的梁单元模型,分析电机转子的受力,建立了盘单元数学模型,根据Hertz接触理论计算了轴承的刚度,建立了电主轴系统的动力学模型,在此基础上对电主轴系统进行了临界转速分析。（2）通过单自由度系统和Jeffcott转子系统振动分析算例,详细说明了不确定性参数为一维和多维时的混沌多项式展开（PCE）建模过程,讨论了PCE阶数对模型精度的影响以及抽样方法对PCE系数的影响。通过PCE法分析结果与蒙特卡罗法对比,表明PCE法在不确定问题分析中具有精度高,效率高等优势。（3）将PCE法与Sobol敏感度分析方法结合,研究了电主轴转轴弹性模量,轴承刚度和电机转子质量对电主轴系统前两阶临界转速的影响,结果表明不同参数对电主轴临界转速的影响程度不同。（4）利用PCE法对电主轴系统进行随机动力学建模,对构建的混沌多项式模型阶数进行了合理选取,分析了转轴弹性模量,轴承刚度,轴承跨距,盘单质量,外激励具有不确定性时对电主轴系统振动特性的影响。分析结果表明不同参数对系统影响程度不同,但都主要影响到电主轴系统频响函数的临界转速区域频响的变化,其中转轴弹性模量对系统频响影响明显。通过对系统综合不确定参数的分析发现,多参数波动时候,电主轴系统的频响十分复杂,高阶临界转速处出现了重叠状况。最后通过模态实验的方法,获取了系统的实验频响,实验结果与不确定分析结果接近,验证了电主轴不确定分析的有效性。
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