【摘要】：軸承是決定機(jī)床主軸系統(tǒng)剛度和工作精度的關(guān)鍵部件。在數(shù)控機(jī)床性能已確定時(shí),選擇最優(yōu)的機(jī)床加工工藝參數(shù)組合能夠有效改善主軸軸承的運(yùn)行工況,提升軸承壽命。本文以機(jī)床主軸軸承為研究對(duì)象,開(kāi)展了不同工藝參數(shù)下主軸軸承溫升特性和疲勞壽命的研究,并針對(duì)主軸軸承壽命進(jìn)行了工藝參數(shù)優(yōu)化。首先,分析了主軸軸承的失效形式,討論了溫度和切削力對(duì)軸承疲勞壽命的影響,給出了機(jī)床主軸軸承疲勞壽命預(yù)測(cè)方法;根據(jù)切削力與切削深度、切削速度、進(jìn)給速度等加工工藝參數(shù)的力學(xué)模型,結(jié)合機(jī)床主軸的受力分析,建立了加工工藝參數(shù)與主軸軸承的疲勞壽命之間的關(guān)系。其次,基于熱力學(xué)和傳熱學(xué)的理論,對(duì)主軸軸承的生熱和傳熱進(jìn)行了分析;采用有限元軟件ANSYS Workbench對(duì)主軸軸承的溫度場(chǎng)進(jìn)行了仿真分析,研究得出不同工況下主軸軸承溫度的穩(wěn)態(tài)分布;在機(jī)械主軸軸承溫度特性試驗(yàn)臺(tái)上開(kāi)展了主軸軸承溫升試驗(yàn)研究,對(duì)比分析了試驗(yàn)結(jié)果與有限元仿真結(jié)果。再次,基于名義應(yīng)力法,運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS Workbench計(jì)算了不同工藝參數(shù)對(duì)主軸軸承壽命的影響;在軸承穩(wěn)態(tài)熱分析的基礎(chǔ)上,綜合考慮溫度、載荷等因素,得到了熱-應(yīng)力耦合作用下的主軸軸承疲勞壽命,并對(duì)有限元結(jié)果進(jìn)行了分析。最后,以進(jìn)給量、切削速度和切削深度這三個(gè)工藝參數(shù)為優(yōu)化變量,以切削力、主軸扭矩、切削功率和加工條件為約束,基于MATLAB平臺(tái),采用遺傳算法,對(duì)考慮主軸軸承壽命的單目標(biāo)優(yōu)化模型、考慮主軸軸承壽命與切削效率的多目標(biāo)優(yōu)化模型、考慮主軸軸承壽命與單位能耗的多目標(biāo)優(yōu)化模型進(jìn)行尋優(yōu)求解。優(yōu)化所得結(jié)果對(duì)工藝人員選取加工工藝參數(shù)有著一定的指導(dǎo)作用。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TH133.3
【圖文】：

圖 2. 2 切削力分解示意圖床設(shè)計(jì)手冊(cè)，切削力cF 與各分力之間的關(guān)系為：(0.35 0.40)(0.20 0.30)(1.00 1.20)z cy cx cF FF FF F 矩和切削力之間的關(guān)系為：032 10cF dT 為銑刀直徑，mm；T 為主軸扭矩， N m。3 所示為本文主軸所選刀柄的平面結(jié)構(gòu)圖，型號(hào)為 BT40，刀柄所配的立式m，主軸最大扭矩maxT 47.8N m，帶入式(2-4)得圓周銑削力max19cF 銑削分力較大經(jīng)驗(yàn)值max573.6NyF ，max2294.4NxF ，max764.8NzF 軸軸線(xiàn)，由此可得主軸徑向力2 2max2418.5NR x zF F F 。yF 與主軸軸max max573.6NA yF F 。

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文表 3. 5 壓縮空氣流量與強(qiáng)制熱對(duì)流散熱功率關(guān)系 30 36 42 48 58.62 65.09 70.49 76.53 態(tài)熱仿真承 7014C 為研究對(duì)象，其主要尺寸參數(shù)如表 3.倒圓角的結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算結(jié)果影響甚小，為簡(jiǎn)化網(wǎng)格動(dòng)體和其接觸面（內(nèi)圈外表面和外圈內(nèi)表面）的可以忽略不計(jì)，因此本研究在建模的時(shí)候，去化著稱(chēng)，在目前三維造型領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用三維模型如圖 3. 4 所示。

圖 3. 5 導(dǎo)入到 ANSYS 后的軸承模型動(dòng)體均采用軸承鋼 GCr15 制造，該材料在進(jìn)行相 ANSYS Workbench 軟件的自有材料數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)屬性。通過(guò)查閱相關(guān)工程材料文獻(xiàn)可知，GC 0.3，密度 ρ=7830kg/m3。其熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)表 3. 6 GCr15 軸承鋼的熱特性參數(shù)100 200 300 ） 41.0 41.1 41.6 12.3×10-612.76×10-613.44×10-613

【參考文獻(xiàn)】

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7 閆雪;難加工材料高速銑削切削力研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2007年

8 錢(qián)華芳;數(shù)控機(jī)床溫度傳感器優(yōu)化布置及新型測(cè)溫系統(tǒng)的研究[D];浙江大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2791730