本文關(guān)鍵詞：機床進給系統(tǒng)軸承熱特性分析及試驗研究

  更多相關(guān)文章： 角接觸球軸承 溫度場 熱位移 試驗臺 熱態(tài)特性試驗

【摘要】：角接觸球軸承作為機床進給系統(tǒng)的主要發(fā)熱部件,其熱變形將直接影響到機床進給精度。準確預(yù)測軸承溫度場及熱變形量,對減少進給系統(tǒng)的熱誤差具有重要的意義。本文從理論建模、有限元分析、試驗驗證、軸承組件結(jié)構(gòu)改進四個方面對進給系統(tǒng)常用的60°角接觸球軸承的熱態(tài)特性進行了深入的研究。首先,在角接觸球軸承擬靜力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,計算了角接觸球軸承的摩擦力矩與摩擦生熱功率,推導(dǎo)出了內(nèi)圈、外圈及滾珠上的熱載荷。分析了內(nèi)外圈相對軸向、徑向熱位移的簡化計算方法,并提出了軸承熱剛度識別技術(shù)路線。然后,建立了考慮接觸熱阻的角接觸球軸承熱傳遞模型及有限元分析模型,對軸承進行了有限元穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)溫度場分析,得到了軸向力及轉(zhuǎn)速對軸承溫度場及熱平衡時間的影響規(guī)律。通過對軸承二維模型熱-結(jié)構(gòu)耦合分析,說明了熱變形對接觸應(yīng)力有很大的影響。進而,設(shè)計了角接觸球軸承熱態(tài)特性測試試驗臺。模擬現(xiàn)實工況,對四組進給系統(tǒng)常用的角接觸球軸承進行了大量的試驗,測試軸承溫度場、軸向熱位移及熱平衡時間,獲得了168組有效數(shù)據(jù)。試驗數(shù)據(jù)與有限元仿真結(jié)果偏差均在10%以內(nèi),證明有限元仿真模型的正確性和試驗數(shù)據(jù)的有效性。最后,對機床進給系統(tǒng)常見結(jié)構(gòu)進行溫度場分析,發(fā)現(xiàn)溫度最高處位于軸承處。通過改進軸承組件結(jié)構(gòu),實施油和油氣冷卻,不僅能降低角接觸球軸承溫度,還可明顯縮短熱平衡時間。并通過模態(tài)分析對比了進給系統(tǒng)改進前后的固有頻率。
【關(guān)鍵詞】：角接觸球軸承 溫度場 熱位移 試驗臺 熱態(tài)特性試驗
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG502.3
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 緒論8-16
• 1.1 選題背景和意義8-9
• 1.1.1 課題來源及背景8
• 1.1.2 課題研究目的及意義8-9
• 1.2 角接觸球軸承熱特性研究現(xiàn)狀9-14
• 1.2.1 角接觸球軸承熱特性理論發(fā)展現(xiàn)狀9-13
• 1.2.2 角接觸球軸承熱特性仿真研究現(xiàn)狀13
• 1.2.3 角接觸球軸承熱特性試驗測試現(xiàn)狀13-14
• 1.3 論文結(jié)構(gòu)及主要研究內(nèi)容14-16
• 2 角接觸球軸承熱態(tài)特性分析與建模16-26
• 2.1 角接觸球軸承動態(tài)特性方程16-18
• 2.2 角接觸球軸承熱載荷計算18-19
• 2.2.1 角接觸球軸承各摩擦力矩的計算18-19
• 2.2.2 角接觸球軸承摩擦生熱計算19
• 2.3 角接觸球軸承動態(tài)特性方程求解19-22
• 2.3.1 角接觸球軸承熱載荷求解19-20
• 2.3.2 轉(zhuǎn)速及軸向力對發(fā)熱功率的影響20-21
• 2.3.3 滾珠與角接觸球軸承內(nèi)外圈接觸角的計算21
• 2.3.4 滾珠自旋角速度的計算21-22
• 2.4 角接觸球軸承熱位移的計算22-24
• 2.4.1 角接觸球軸承熱位移22-23
• 2.4.2 熱位移計算理論模型23
• 2.4.3 熱位移計算簡化模型23-24
• 2.5 角接觸球軸承熱剛度定義與試驗識別路線24-25
• 2.6 本章小結(jié)25-26
• 3 基于ANSYS的角接觸球軸承熱特性有限元仿真26-39
• 3.1 ANSYS熱分析理論26-27
• 3.2 角接觸球軸承組件仿真模型的建立27-31
• 3.2.1 角接觸球軸承組件CAD模型建立與簡化27-28
• 3.2.2 角接觸球軸承熱載荷選取28
• 3.2.3 角接觸球軸承組件結(jié)合面接觸熱阻28-29
• 3.2.4 角接觸球軸承組件熱傳遞模型的建立29-30
• 3.2.5 進給系統(tǒng)角接觸球軸承組件有限元模型30-31
• 3.3 角接觸球軸承邊界條件處理31-33
• 3.3.1 靜止面的對流換熱系數(shù)計算32
• 3.3.2 旋轉(zhuǎn)面的對流換熱系數(shù)計算32-33
• 3.4 角接觸球軸承組件穩(wěn)態(tài)溫度場有限元分析33-35
• 3.4.1 角接觸球軸承組件溫度場分布33-34
• 3.4.2 轉(zhuǎn)速及軸向力對溫度場的影響34-35
• 3.5 角接觸球軸承組件瞬態(tài)溫度場有限元分析35-36
• 3.6 角接觸球軸承熱結(jié)構(gòu)耦合有限元分析36-38
• 3.7 本章小結(jié)38-39
• 4 角接觸球軸承熱特性測試試驗臺設(shè)計與試驗39-53
• 4.1 試驗臺設(shè)計要求及測試原理39-40
• 4.1.1 試驗臺設(shè)計要求39
• 4.1.2 測試原理39-40
• 4.2 角接觸球軸承熱特性參數(shù)測試裝置40-44
• 4.2.1 機械部分41-42
• 4.2.2 測試系統(tǒng)42-44
• 4.3 熱特性測試試驗44-48
• 4.3.1 熱特性測試試驗步驟44-46
• 4.3.2 熱特性測試試驗參數(shù)設(shè)置46-47
• 4.3.3 軸的受力變形分析47-48
• 4.4 角接觸球軸承熱特性測試試驗結(jié)果分析48-51
• 4.4.1 軸向力及轉(zhuǎn)速對角接觸球軸承溫度場的影響48-49
• 4.4.2 軸向力及轉(zhuǎn)速對角接觸球軸承熱位移的影響49-50
• 4.4.3 角接觸球軸承瞬態(tài)溫度場分析50
• 4.4.4 角接觸球軸承熱剛度試驗值分析50-51
• 4.5 試驗結(jié)果與仿真結(jié)果的對比51-52
• 4.6 本章小結(jié)52-53
• 5 進給系統(tǒng)角接觸球軸承散熱方式改進53-66
• 5.1 傳統(tǒng)進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及溫度場分析53-55
• 5.1.1 傳統(tǒng)進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)53
• 5.1.2 傳統(tǒng)進給系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)溫度場分析53-54
• 5.1.3 傳統(tǒng)進給系統(tǒng)瞬態(tài)溫度場分析54-55
• 5.2 進給系統(tǒng)角接觸球軸承冷卻措施55-60
• 5.2.1 進給系統(tǒng)冷卻結(jié)構(gòu)改進55-57
• 5.2.2 角接觸球軸承油冷卻57-59
• 5.2.3 角接觸球軸承油氣冷卻59-60
• 5.3 結(jié)構(gòu)改進前后溫度場比較60-63
• 5.3.1 油冷卻60-62
• 5.3.2 油氣冷卻62-63
• 5.4 結(jié)構(gòu)改進前后模態(tài)分析對比63-64
• 5.5 進給系統(tǒng)角接觸球軸承熱態(tài)特性的改善方法64-65
• 5.6 本章小結(jié)65-66
• 6 總結(jié)與展望66-68
• 6.1 總結(jié)66-67
• 6.2 展望67-68
• 致謝68-69
• 參考文獻69-73
• 附錄1 試驗軸承溫度表73-75
• 附錄2 試驗軸承熱位移表75-77
• 附錄3 已發(fā)表論文及參與項目77

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王保民;胡赤兵;孫建仁;劉洪芹;;高速電主軸熱態(tài)特性的ANSYS仿真分析[J];蘭州理工大學(xué)學(xué)報;2009年01期

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本文編號：1073663