本文關(guān)鍵詞：高速電主軸球軸承力學特性分析及最佳預(yù)緊力研究

  更多相關(guān)文章： 角接觸球軸承 擬動力學 接觸載荷 軸承剛度 軸承預(yù)緊 熱分析

【摘要】：為了適應(yīng)高速、高效率以及高精度的現(xiàn)代加工要求,新一代高速電主軸調(diào)速范圍越來越寬,而且要求在轉(zhuǎn)速較低時提供大扭矩,在轉(zhuǎn)速高時具有大功率輸出。這就要求高速電主軸低速時具有高剛性,高速時具有良好的穩(wěn)定性。軸承預(yù)緊是提高主軸剛性和穩(wěn)定性的主要手段,因此高速電主軸軸承要求在不同轉(zhuǎn)速預(yù)緊力可動態(tài)調(diào)節(jié),從而使電主軸具有更好的工作性能。電主軸軸承預(yù)緊力的主動動態(tài)控制技術(shù)是適應(yīng)軸承高速化的必然發(fā)展趨勢。角接觸球軸承具有良好的高速性能和支承剛性,是高速電主軸上應(yīng)用最為廣泛的軸承類型,對角接觸球軸承進行力學分析是研究軸承最佳預(yù)緊力的基礎(chǔ),而最佳預(yù)緊力的合理建模是實現(xiàn)主軸預(yù)緊力主動控制的前提,本文圍繞高速角接觸球軸承的力學特性及最佳預(yù)緊力模型的建立展開深入分析研究。主要內(nèi)容包括： (1)基于高速角接觸球軸承Hertz接觸理論與擬動力學分析方法,分析了高速角接觸球軸承接觸角、接觸載荷、接觸應(yīng)力、接觸橢圓參數(shù)、旋滾比、油膜厚度、剛度以及摩擦力矩等的變化規(guī)律,比較分析了角接觸陶瓷球軸承與鋼球軸承的力學性能,為最佳預(yù)緊力的獲得提供了初步的理論基礎(chǔ)。在Matlab中采用Newton-Raphson算法編寫了求解高速角接觸球軸承的擬動力學非線性方程組的計算程序。 (2)基于高速角接觸球軸承力學特性,對其最佳預(yù)緊力的優(yōu)化方法進行了研究,并以軸承合理溫升以及軸承內(nèi)部載荷分布為控制目標,確定了高速電主軸軸承預(yù)緊力理論分析方法,并取得了最佳預(yù)緊力模型。 (3)最佳預(yù)緊力模型應(yīng)用于具體高速電主軸,對電主軸建立實際三維有限元模型,考慮接觸和油膜熱阻對傳熱的影響,對其進行了整體的熱分析,確定分析了預(yù)緊力與軸承溫升的關(guān)系,結(jié)合軸承溫升要求與高速電主軸軸承的內(nèi)部載荷要求給出了不同轉(zhuǎn)速下的預(yù)緊力的推薦值,比較了在預(yù)緊力可動態(tài)調(diào)節(jié)與定壓預(yù)緊下的主軸性能。 通過分析結(jié)果表明,軸向預(yù)緊力對軸承性能影響顯著,增大軸承預(yù)緊力,可明顯提高軸承的剛性,但軸承發(fā)熱量也會隨之增大。主軸低速時,預(yù)緊力對軸承溫升影響不大,但隨著轉(zhuǎn)速的提高,溫升對預(yù)緊力越來越敏感,轉(zhuǎn)速越高影響越大,溫升越高。 通過對比可動態(tài)調(diào)節(jié)預(yù)緊與定壓預(yù)緊電主軸樣機分析結(jié)果,可以知道：轉(zhuǎn)速低時,對軸承進行動態(tài)調(diào)節(jié)預(yù)緊,采用較大預(yù)緊力,可提高電主軸的剛度,最高提升了約14.9%；高速時,采用較小預(yù)緊力,則可使電主軸的溫升降低達6.0%。
【關(guān)鍵詞】：角接觸球軸承 擬動力學 接觸載荷 軸承剛度 軸承預(yù)緊 熱分析
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH133.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目錄8-11
• CONTENTS11-14
• 第一章 緒論14-19
• 1.1 課題研究背景14-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.1 高速電主軸球軸承力學特性研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 高速電主軸球軸承預(yù)緊研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 本文的研究內(nèi)容17-19
• 第二章 高速角接觸球軸承擬動力學分析19-39
• 2.1 引言19
• 2.2. 軸承中坐標系的選取19-20
• 2.3 角接觸球軸承滾珠的運動20-22
• 2.3.1 滾珠的公轉(zhuǎn)運動21
• 2.3.2 滾珠的自轉(zhuǎn)運動21
• 2.3.3 滾珠的自旋運動21-22
• 2.3.4 滾珠的陀螺運動22
• 2.4 角接觸球軸承滾珠的受力22-26
• 2.4.1 滾珠上的離心力23
• 2.4.2 滾珠上的陀螺力矩23
• 2.4.3 軸承滾珠的Hertz接觸23-26
• 2.5 角接觸球軸承載荷分布26-28
• 2.5.1 軸承接觸變形的幾何相容方程26-27
• 2.5.2 軸承受力方程和基本方程組27-28
• 2.6 擬動力方程組的求解與驗證28-30
• 2.6.1 非線性方程組的求解28-29
• 2.6.2 擬動力學驗證29-30
• 2.7 有限元比較分析30-38
• 2.7.1 軸承有限元建模31-32
• 2.7.2 接觸對與邊界條件的設(shè)定32-33
• 2.7.3 結(jié)果比較分析33-38
• 2.8 本章小結(jié)38-39
• 第三章 高速角接觸球軸承力學性能分析39-54
• 3.1 引言39
• 3.2 角接觸球軸承性能的計算方法39-43
• 3.2.1 角接觸球軸承的旋滾比39-40
• 3.2.2 角接觸球軸承的油膜厚度40-41
• 3.2.3 角接觸球軸承的剛度41-42
• 3.2.4 角接觸球軸承的摩擦力矩42-43
• 3.3 角接觸球軸承性能的結(jié)果與分析43-53
• 3.3.1 軸承性能的求解43-45
• 3.3.2 軸承性能結(jié)果分析45-53
• 3.4 本章小結(jié)53-54
• 第四章 高速電主軸球軸承最佳預(yù)緊力模型研究54-63
• 4.1 引言54-55
• 4.2 基于軸承溫升預(yù)緊力分析55-59
• 4.2.1 軸承摩擦熱計算55-56
• 4.2.2 軸承熱傳遞分析56-59
• 4.3 基于軸承載荷分布預(yù)緊力分析59-62
• 4.3.1 軸承內(nèi)部載荷分析59-61
• 4.3.2 軸承最小預(yù)緊力的求解61-62
• 4.4 軸承最佳預(yù)緊力的確定62
• 4.5 本章小結(jié)62-63
• 第五章 高速電主軸球軸承最佳預(yù)緊力模型應(yīng)用63-88
• 5.1 引言63
• 5.2 高速電主軸溫度場與預(yù)緊力分析63-80
• 5.2.1 高速電主軸的熱源分析64-68
• 5.2.2 電主軸熱邊界條件分析68-73
• 5.2.3 電主軸有限元結(jié)果分析73-80
• 5.3 高速電主軸載荷與預(yù)緊力分析80-84
• 5.4 最佳預(yù)緊力的確定與比較分析84-87
• 5.5 本章小結(jié)87-88
• 總結(jié)與展望88-90
• 參考文獻90-94
• 攻讀學位期間發(fā)表的論文94-96
• 致謝96-97
• 附錄197-98
• 附錄298-99

【引證文獻】

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李功寧;木工機械用四頭高速電主軸動靜態(tài)特性研究[D];中國林業(yè)科學研究院;2015年

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本文編號：1066560