随着我国轨道交通运力和时速不断攀升,钢轨表面状态恶化加快,高精重载在线铣削钢轨铣磨车作为新型轨道养护装备,其需求呈现强劲增长态势。在线铣削装置所处环境随机变化大,没有稳定机床结构作为支撑和相对运动基准,且钢轨波磨及肥边等严重病害使铣刀盘受到不均匀的激振力,影响铣削表面精度,因此对其主轴系统动态性能提出较高要求。本文基于某钢轨铣磨车铣削装置主轴系统,合理建立铣刀盘主轴系统整体耦合动力学模型,识别各结合面参数,研究其对铣刀盘主轴系统动态性能的影响规律,为控制铣削精度提供依据。主要研究内容:(1)分析主轴系统载荷及铣刀盘主轴静态特性。基于经典理论力学,计算收车工况和加工工况下铣削装置主轴系统所受载荷,以及各轴承在两种工况下的轴向和径向载荷。分析铣刀盘主轴静态特性,研究加工工况下铣刀盘主轴在静力载荷作用下变形和位移响应情况。(2)建立铣刀盘主轴系统整体耦合动力学模型,为准确分析其动态特性打下基础。考虑各部件结构特点和铣刀盘主轴结合面特性,建立基于Timoshenko梁单元和实体单元主轴系统各部件动力学模型;考虑各接触结合部和轴承接触特点,采用等效弹簧阻尼单元建立结合部和轴承部件;根据铣刀盘主轴系统中各质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵,推导铣刀盘主轴系统整体动力学公式;最后建立基于梁单元和实体单元的铣刀盘主轴系统整体耦合动力学模型。(3)识别并提取铣刀盘主轴系统结合面动态特性参数分布,提高预测铣刀盘主轴系统整体耦合系统动态性能的准确度。基于第三代RCSA响应耦合子结构理论,定义沿着接触面接触长度的坐标,提取在齿轮和铣刀盘主轴之间位置相关的刚度和粘滞阻尼值,等效齿轮和铣刀盘主轴过盈配合结合面之间的连续接触刚度和接触阻尼分布。利用有限元法建立齿轮-铣刀盘主轴过盈配合组件模型,对模型施加力和力矩等载荷条件,提取齿轮-铣刀盘主轴过盈结合面节点的接触压力和位移等参数,研究其接触刚度和接触阻尼特性参数,基于弹性力学计算得到各轴承支撑刚度。(4)分析铣刀盘主轴系统动态特性,为优化铣削稳定性提供参考。当量等效各结合面接触刚度和接触阻尼特性参数,代入基于梁单元和铣刀盘主轴实体单元整体耦合系统模型进行模态分析,研究对比铣刀盘主轴转子结构固有频率和相应振型曲线。对基于梁单元的铣刀盘主轴整体耦合系统模型进行谐响应分析,获取主轴转子结构各节点在实际加工工况激励载荷作用下的实际径向位移值以及在峰值响应下的铣刀盘主轴系统固有频率值和峰值位移。对比静态分析,铣刀盘主轴系统动态性能对铣削加工精度影响较大,分析各结合面特性和轴承特性因素对铣刀盘主轴系统动态性能的影响规律,提供理论依据。