本文關(guān)鍵詞：配合公差對(duì)角接觸球軸承動(dòng)態(tài)特性影響規(guī)律研究及參數(shù)優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 電主軸 角接觸球軸承 過(guò)盈配合 套圈變形 彈流潤(rùn)滑 動(dòng)態(tài)特性

【摘要】：電主軸是機(jī)床的核心功能部件,其功能是帶動(dòng)刀具或工件旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)高速精密加工,其動(dòng)態(tài)特性很大程度上決定了機(jī)床的性能和技術(shù)水平。角接觸球軸承作為電主軸的核心支撐部件,其公差配合、離心力變形、熱變形、彈流潤(rùn)滑及結(jié)構(gòu)參數(shù)等對(duì)電主軸動(dòng)態(tài)特性具有重要影響,直接影響加工效率、精度和質(zhì)量。目前在考慮上述綜合因素影響的軸承動(dòng)態(tài)特性分析研究尚不充分,有必要對(duì)角接觸球軸承的配合公差及動(dòng)態(tài)特性參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行深入研究。建立了主軸與軸承內(nèi)圈及外圈與軸承座之間過(guò)盈量計(jì)算的數(shù)學(xué)模型,推導(dǎo)了軸承配合過(guò)盈量與配合接觸角的表達(dá)式。在進(jìn)一步分析套圈變形及彈流潤(rùn)滑對(duì)軸承內(nèi)部溝道曲率中心與滾動(dòng)體中心幾何位置關(guān)系影響的基礎(chǔ)上,建立了計(jì)入套圈變形和彈流潤(rùn)滑影響的軸承擬靜力學(xué)修正模型。運(yùn)用Newton-Raphson法處理非線性方程組,對(duì)軸承靜動(dòng)態(tài)特性參數(shù)進(jìn)行了分析求解。在此基礎(chǔ)上,采用所建立的模型研究揭示了配合過(guò)盈量對(duì)角接觸球軸承接觸角、接觸載荷、接觸應(yīng)力、旋滾比和動(dòng)剛度的影響規(guī)律。詳細(xì)探究了軸承在不同工作轉(zhuǎn)速和預(yù)緊力條件下離心力變形、熱變形和潤(rùn)滑油膜對(duì)動(dòng)剛度的影響規(guī)律,克服了現(xiàn)有模型無(wú)法反映過(guò)盈量、套圈變形和彈流潤(rùn)滑對(duì)軸承動(dòng)態(tài)特性影響的不足。開發(fā)了角接觸球軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)及動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化軟件(登記號(hào):2014SR108520)。通過(guò)與Gupta等典型算例對(duì)比,證實(shí)了所建模型及分析結(jié)果的有效性。借助所開發(fā)的軟件系統(tǒng)研究了滾動(dòng)體材料、球徑、球數(shù)、接觸角和溝曲率系數(shù)對(duì)軸承動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的影響規(guī)律,從提高軸承剛度和壽命角度提出了優(yōu)化軸承材料及結(jié)構(gòu)參數(shù)的具體途徑。研究表明:在提高軸承速度、剛度性能和自潤(rùn)滑能力方面,陶瓷球比鋼制球更為合適;適當(dāng)減小球徑并增加球數(shù)可以提高軸承承載能力;減小接觸角可降低自旋和陀螺滑動(dòng);選用大內(nèi)溝曲率系數(shù)和小外溝曲率系數(shù)可減少摩擦熱、提高旋轉(zhuǎn)速度。參與搭建了角接觸球軸承電主軸實(shí)驗(yàn)臺(tái),利用62YGC1.0-60型高速精密雕銑機(jī)電主軸進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。測(cè)試了角接觸球軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)固有頻率,結(jié)合錘擊試驗(yàn),驗(yàn)證了所建模型和分析計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。本文提出的計(jì)算模型及相關(guān)研究結(jié)果對(duì)軸承動(dòng)態(tài)性能分析及動(dòng)態(tài)特性參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：電主軸 角接觸球軸承 過(guò)盈配合 套圈變形 彈流潤(rùn)滑 動(dòng)態(tài)特性
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG502.3
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-15
• 第1章 緒論15-24
• 1.1 課題背景及研究意義15-16
• 1.1.1 研究背景15
• 1.1.2 研究意義15-16
• 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀16-22
• 1.2.1 角接觸球軸承力學(xué)分析研究16-18
• 1.2.2 角接觸球軸承配合公差分析研究18-19
• 1.2.3 角接觸球軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)及性能優(yōu)化研究19-22
• 1.3 存在的問(wèn)題22-23
• 1.4 研究的主要內(nèi)容23-24
• 第2章 角接觸球軸承配合公差擬靜力學(xué)建模24-38
• 2.1 角接觸球軸承靜力學(xué)建模24-31
• 2.1.1 Hertz接觸理論24-28
• 2.1.2 軸承游隙與接觸角的幾何關(guān)系28-29
• 2.1.3 過(guò)盈配合引起的徑向游隙變化計(jì)算29-31
• 2.2 角接觸球軸承的運(yùn)動(dòng)與受力分析31-33
• 2.2.1 軸承的運(yùn)動(dòng)分析31-32
• 2.2.2 軸承的受力與變形分析32-33
• 2.3 角接觸球軸承配合公差擬靜力學(xué)模型33-37
• 2.3.1 離心力引起的軸承配合特性建模33-34
• 2.3.2 溫升引起的軸承配合特性建模34-37
• 2.3.3 載荷引起的軸承配合特性建模37
• 2.3.4 粗糙度引起的軸承配合特性建模37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第3章 考慮套圈變形及彈流潤(rùn)滑的角接觸球軸承擬靜力學(xué)建模38-51
• 3.1 位移協(xié)調(diào)方程38-39
• 3.2 考慮套圈離心變形的擬靜力學(xué)修正模型39-42
• 3.2.1 基本物理方程39-40
• 3.2.2 考慮離心效應(yīng)的轉(zhuǎn)軸變形40
• 3.2.3 考慮離心效應(yīng)的套圈變形40-41
• 3.2.4 考慮套圈離心變形建模41
• 3.2.5 考慮套圈離心變形的擬靜力學(xué)求解41-42
• 3.3 考慮套圈熱變形的擬靜力學(xué)修正模型42-46
• 3.3.1 熱源分析及熱量計(jì)算42-43
• 3.3.2 熱量分配43-44
• 3.3.3 套圈熱變形計(jì)算44
• 3.3.4 考慮套圈熱變形建模44-45
• 3.3.5 考慮套圈熱變形的擬靜力學(xué)求解45-46
• 3.4 計(jì)入彈流潤(rùn)滑考慮綜合套圈變形的擬靜力學(xué)修正模型46-49
• 3.4.1 彈流潤(rùn)滑油膜厚度46-47
• 3.4.2 彈流潤(rùn)滑油膜剛度47-48
• 3.4.3 考慮彈流潤(rùn)滑的軸承剛度計(jì)算48
• 3.4.4 計(jì)入彈流潤(rùn)滑考慮套圈變形建模48
• 3.4.5 計(jì)入彈流潤(rùn)滑考慮套圈變形的擬靜力學(xué)求解48-49
• 3.5 本章小結(jié)49-51
• 第4章 過(guò)盈配合及套圈變形對(duì)軸承動(dòng)態(tài)特性影響規(guī)律研究51-62
• 4.1 轉(zhuǎn)速和預(yù)緊力對(duì)軸承配合過(guò)盈量的影響51-53
• 4.1.1 轉(zhuǎn)速和預(yù)緊力對(duì)離心過(guò)盈量的影響52
• 4.1.2 轉(zhuǎn)速和預(yù)緊力對(duì)溫升過(guò)盈量的影響52-53
• 4.2 過(guò)盈配合量對(duì)軸承動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的影響53-56
• 4.2.1 內(nèi)外圈接觸角53
• 4.2.2 內(nèi)外圈接觸載荷53-54
• 4.2.3 內(nèi)外圈最大接觸應(yīng)力54
• 4.2.4 內(nèi)圈旋滾比54-55
• 4.2.5 徑向剛度55
• 4.2.6 軸向剛度55-56
• 4.2.7 角剛度56
• 4.3 軸承彈流潤(rùn)滑油膜的影響分析56-58
• 4.3.1 轉(zhuǎn)速對(duì)油膜厚度的影響56-57
• 4.3.2 預(yù)緊力對(duì)油膜厚度的影響57
• 4.3.3 轉(zhuǎn)速和預(yù)緊力對(duì)潤(rùn)滑油膜剛度的影響57-58
• 4.3.4 接觸載荷對(duì)油膜厚度及剛度的影響58
• 4.4 套圈變形及彈流潤(rùn)滑對(duì)軸承動(dòng)剛度的影響58-60
• 4.4.1 徑向剛度59
• 4.4.2 軸向剛度59-60
• 4.4.3 角剛度60
• 4.5 本章小結(jié)60-62
• 第5章 角接觸球軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)及性能優(yōu)化研究62-83
• 5.1 軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響分析62-69
• 5.1.1 滾動(dòng)體材料63-64
• 5.1.2 滾動(dòng)體尺寸64-65
• 5.1.3 滾動(dòng)體數(shù)目65-66
• 5.1.4 初始接觸角66-67
• 5.1.5 內(nèi)溝道曲率系數(shù)67-68
• 5.1.6 外溝道曲率系數(shù)68-69
• 5.2 軸承壽命計(jì)算69-75
• 5.2.1 基于ISO理論的軸承基本額定壽命模型69-70
• 5.2.2 基于改進(jìn)L-P理論的軸承壽命模型70-72
• 5.2.3 軸承壽命模型求解72
• 5.2.4 軸承壽命計(jì)算及對(duì)比分析72-75
• 5.3 軸承優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)及仿真分析75-78
• 5.3.1 軸承疲勞壽命最長(zhǎng)75-76
• 5.3.2 軸承磨損壽命最長(zhǎng)76-77
• 5.3.3 軸承摩擦力矩最低77
• 5.3.4 軸承內(nèi)圈旋滾比最小77
• 5.3.5 軸承徑向額定靜負(fù)荷最大77
• 5.3.6 軸承內(nèi)部參數(shù)優(yōu)化數(shù)據(jù)對(duì)比77-78
• 5.4 角接觸球軸承動(dòng)態(tài)性能及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化軟件開發(fā)78-81
• 5.4.1 軟件總體結(jié)構(gòu)78
• 5.4.2 軟件功能實(shí)現(xiàn)78-79
• 5.4.3 軟件運(yùn)行環(huán)境及特點(diǎn)79
• 5.4.4 軟件操作界面及算例驗(yàn)證79-81
• 5.5 本章小結(jié)81-83
• 第6章 電主軸固有頻率實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究83-88
• 6.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容83
• 6.2 實(shí)驗(yàn)原理和方案83-84
• 6.3 實(shí)驗(yàn)儀器與步驟84-86
• 6.3.1 實(shí)驗(yàn)儀器84-85
• 6.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟85-86
• 6.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析86-87
• 6.4.1 靜態(tài)固有頻率測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析86
• 6.4.2 動(dòng)態(tài)固有頻率測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析86-87
• 6.5 本章小結(jié)87-88
• 結(jié)論88-90
• 參考文獻(xiàn)90-94
• 致謝94-95
• 附錄A（攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文）95-96
• 附錄B（攻讀碩士學(xué)位期間所參加的科研項(xiàng)目）96-97
• 附錄C（攻讀碩士學(xué)位期間所獲得的軟件著作權(quán)）97

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：556988