先进数控机床技术水平和产品的高精度、高性能与可靠性等综合质量指标,是衡量国家高端装备制造业发展水平的重要标志。主轴系统的动力学特性对数控机床的综合动态性能有着重要的影响。本文来源于国家自然科学基金项目“高性能滚动轴承-螺旋锥齿轮系统柔性多体接触动力学研究”(11462008)。基于多体动力学理论和有限元方法,建立计及柔性变形、动态接触和啮合传动作用的铣床水平主轴系统多体动力学模型,探索主轴系统的动力学特性。主要研究工作如下:(1)运用经典Hertz接触理论和参数化设计方法,分别建立了深沟球轴承、角接触球轴承、双列圆柱滚子轴承以及直齿齿轮啮合传动的参数化多体动力学仿真模型。计算分析了工况条件下滚动轴承和齿轮啮合传动的动态特性,一定程度上验证了多体动力学模型的可行性。基于滚动轴承和齿轮啮合的参数化动力学模型,获得了滚动轴承-多级齿轮传动多体动力学模型,并进行了滚动轴承-两级齿轮的啮合传动特性分析。计算分析了滚动轴承、直齿轮啮合传动和花键啮合传动的真实接触作用,对多级齿轮传动系统动力学特性的影响规律。(2)基于多体动力学分析理论,建立了计及刀柄-主轴结合部、滚动轴承真实多体接触、柔性主轴、柔性刀柄的柔性刀柄-主轴-轴承部件动力学模型。在理论切削力、扭矩以及驱动转速的耦合激励下,分析了柔性刀柄-主轴-轴承部件的径向振动位移等振动特性以及滚动轴承系统状态下动力学特性。基于柔性刀柄-主轴-轴承刚柔耦合多体动力学模型,考虑到齿轮啮合接触传动作用,在理论切削力作用下,对刀柄-滚动轴承-水平主轴-直齿轮系统进行动力学分析,探讨了滚动轴承和齿轮啮合传动对系统动力学特性的影响规律。(3)结合滚动轴承-多级齿轮传动模型和刀柄-滚动轴承-水平主轴-直齿轮模型,建立了铣床水平主轴系统刚柔耦合多体接触动力学模型,对比分析了低速重载和高速轻载工况下水平主轴系统的动力学特性和振动响应。本文提出的参数主轴系统动力学方法能够更准确地预测主轴系统的动态特性,为基于动力学特性的主轴系统数字化设计方法研究提供了参考。