本文關(guān)鍵詞： 主軸-軸承系統(tǒng) 熱-力耦合模型 彈流潤(rùn)滑 摩擦熱生成 冷卻系統(tǒng) 熱傳遞 溫度分布　出處：《吉林大學(xué)》2016年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：分析主軸系統(tǒng)的工作溫升和熱變形等特性是保證數(shù)控機(jī)床加工精度的關(guān)鍵。在數(shù)控機(jī)床的研發(fā)階段,分析與研究主軸系統(tǒng)在主要工況下的熱態(tài)特性可以有效地改進(jìn)機(jī)床產(chǎn)品的性能。主軸系統(tǒng)的高剛度和高精度主要取決于主軸軸承的預(yù)緊狀態(tài)、動(dòng)態(tài)及熱態(tài)性能的穩(wěn)定性。主軸軸承的摩擦熱引起主軸零部件熱膨脹,而主軸零部件膨脹量的非一致性又會(huì)引起主軸軸承接觸應(yīng)力的變化,進(jìn)而引起軸承摩擦熱的變化。如果主軸軸承達(dá)不到一個(gè)穩(wěn)態(tài)的熱平衡狀態(tài),主軸就會(huì)出現(xiàn)熱失效。本文以大型數(shù)控機(jī)床為樣機(jī),建立主軸-軸承系統(tǒng)的熱-力耦合和熱流系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,進(jìn)行了主軸-軸承系統(tǒng)的熱態(tài)特性分析。本文的主要研究工作如下:1.基于Hertz接觸理論、滾動(dòng)軸承動(dòng)力學(xué)和溝道控制理論,在外載荷、預(yù)緊力和慣性載荷作用下,建立了高速滾動(dòng)軸承的力學(xué)特性數(shù)學(xué)模型,分析并計(jì)算了球與內(nèi)外滾道的接觸變形及內(nèi)部載荷分布。2.依據(jù)分形幾何理論和統(tǒng)計(jì)學(xué)理論對(duì)軸承表面形貌進(jìn)行表征,基于雷諾動(dòng)壓潤(rùn)滑理論,利用無(wú)量綱油膜厚度的數(shù)學(xué)方程,建立了考慮溫度變化的潤(rùn)滑脂油膜厚度方程。3.基于點(diǎn)接觸非牛頓熱彈流潤(rùn)滑理論,建立了主軸-軸承系統(tǒng)的熱-力耦合分析模型,該模型考慮了主軸軸承的預(yù)緊力、離心力,陀螺力矩及潤(rùn)滑狀態(tài)的影響。4.根據(jù)傳熱學(xué)理論,建立了主軸系統(tǒng)的熱傳遞模型,該模型對(duì)滾動(dòng)體與內(nèi)外滾道之間的接觸熱阻、潤(rùn)滑脂的熱傳導(dǎo)系數(shù)、冷卻系統(tǒng)和自然環(huán)境的對(duì)流換熱系數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和計(jì)算。5.對(duì)主軸-軸承系統(tǒng)進(jìn)行熱流分析,建立了一個(gè)溫度節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的方程,設(shè)定各節(jié)點(diǎn)處的熱流面積與熱流路徑長(zhǎng)度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和參考文獻(xiàn)的研究成果,預(yù)設(shè)溫度節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的初始溫度,然后進(jìn)行軸承的溫度分布預(yù)測(cè)。6.建立了主軸冷卻系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,冷卻系統(tǒng)的主要參數(shù)如冷卻液的溫度、冷卻液流量和冷卻槽的特征長(zhǎng)度對(duì)冷卻系統(tǒng)的對(duì)流換熱系數(shù)的影響進(jìn)行分析,通過(guò)考慮冷卻套的加工工藝、油冷機(jī)的冷卻能力、冷卻槽的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等硬性要求,進(jìn)行冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化分析,設(shè)計(jì)出合理的冷卻系統(tǒng)。并通過(guò)對(duì)冷卻液的溫度控制,來(lái)調(diào)節(jié)主軸-軸承系統(tǒng)的溫度分布情況。7.進(jìn)行了主軸系統(tǒng)的熱效應(yīng)分析,計(jì)算了主軸-軸承系統(tǒng)的溫升引起的熱誘導(dǎo)預(yù)緊力和主軸的熱位移,詳細(xì)的分析了熱位移和熱誘導(dǎo)預(yù)緊力對(duì)主軸-軸承系統(tǒng)的影響,以及引起的主軸熱變形的和熱失效現(xiàn)象。8.基于一套主軸熱態(tài)特性的測(cè)量系統(tǒng),主要包括激光三角測(cè)量?jī)x、紅外熱成像儀和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)熱分析實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。激光三角測(cè)量?jī)x用于主軸x、y、z三個(gè)方向的熱位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),紅外熱成像儀用于主軸系統(tǒng)瞬態(tài)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的理論模型基礎(chǔ)上,對(duì)影響主軸熱特性的主要參數(shù)進(jìn)行分析,驗(yàn)證了本文提出的數(shù)學(xué)模型對(duì)精密主軸的研發(fā)具有很高的實(shí)際指導(dǎo)意義。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG659

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本文編號(hào)：1469463