【摘要】： 主軸軸承的摩擦熱顯著影響主軸單元的速度和動力學性能，是制約提高加工效率和精度的主要因素。建立熱傳遞方程，計算軸承的摩擦熱和溫度分布，研究軸承的熱特性，及其對速度和動力學性能的影響是一個具有理論和實際意義的重要課題。 本文以傳熱學、滾動軸承摩擦學和轉(zhuǎn)子動力學為理論基礎(chǔ)，以GDZ48A型電主軸為例，建立了考慮摩擦熱和預(yù)緊方式影響的主軸軸承擬動力學分析模型，分析了軸承的摩擦力矩、運動、載荷和剛度，研究了軸承的熱特性、設(shè)計和應(yīng)用參數(shù)對速度和動力學性能的影響，并進行了試驗驗證。研究內(nèi)容包括： 1)軸承的擬動力學分析：建立改進的擬動力學分析方法，考慮了摩擦熱和預(yù)緊方式的影響，推導(dǎo)軸承的載荷、運動、位移、摩擦力矩和摩擦熱等計算方程； 2)軸承溫度分布計算：應(yīng)用傳熱學理論，建立了主軸單元的熱傳遞模型，推導(dǎo)了熱傳遞阻抗和熱傳遞方程； 3)軸承運轉(zhuǎn)性能計算：實例計算與分析軸承的熱特性、設(shè)計參數(shù)和預(yù)緊方式對運轉(zhuǎn)性能的影響； 4)軸承剛度分析和測量：應(yīng)用Hertz接觸理論，建立軸承剛度的計算公式，實例計算和分析軸承的剛度特性，建立電主軸振動的測量與處理計算機系統(tǒng)，提取振動特征信號，測量軸承的剛度； 5)主軸單元動力學分析：根據(jù)振動理論，應(yīng)用有限差分法和有限元法，對主軸單元的動力學特性進行分析，并進行實例計算； 6)最小預(yù)緊載荷計算：提出計算軸承最小預(yù)緊載荷的準則，并進行實例計算； 7)軸承速度性能試驗研究：試驗軸承結(jié)構(gòu)型式和潤滑參數(shù)對速度性能的影響。 通過對主軸軸承的理論分析，參數(shù)研究和試驗驗證，結(jié)果表明： 1)摩擦熱和預(yù)緊方式對軸承的速度和動力學性能影響十分顯著，軸承擬動力學分析中考慮摩擦熱和預(yù)緊方式的影響使計算精度明顯提高，結(jié)果更加符合實際，高速時增大的摩擦熱和慣性效應(yīng)降低軸承的速度和動力學性能，定壓預(yù)緊下的影響小于定位預(yù)緊，速度性能優(yōu)于定位預(yù)緊，定壓預(yù)緊適合高速場合； 2)軸承采用外圈單擋邊的結(jié)構(gòu)比雙擋邊的溫升低，球數(shù)對軸承溫度的影響很小，球徑和初始接觸角增大使溫度升高，相比定位預(yù)緊，定壓預(yù)緊下更明顯；兩種預(yù)緊方式下，球徑增大和球數(shù)增多使軸承的剛度增大，球數(shù)的影響大于球徑，初始接觸角增大使徑向剛度降低，軸向和角剛度增大，但定壓預(yù)緊下，球徑增大使軸向 一 和角剛度減小，增大初始接觸角不能提高軸向和角剛度； 3）預(yù)緊載荷增加使軸承的溫度和剛度隨之略有增加，定壓預(yù)緊下，預(yù)緊載荷 應(yīng)隨轉(zhuǎn)速、徑向和力矩載荷的增加而增大，定位預(yù)緊下，環(huán)境溫度越高，溫升越南， 定壓預(yù)緊下則相反，油霧潤滑時，潤滑油供給劑量和粘度以及供氣壓力影響軸承的 溫度，合成潤滑油的潤滑性能好于礦物油，礦物油中含有少量合成油時潤滑性能最 好，正確選擇應(yīng)用參數(shù)可以提高軸承的速度性能； 4）陶瓷球軸承的運轉(zhuǎn)性能優(yōu)于全鋼軸承，定位預(yù)緊下的優(yōu)點得到更加充分的 體現(xiàn)，全鋼軸承和陶瓷球軸承的極限轉(zhuǎn)速4；n值，定位預(yù)緊下分別為1斗x10‘和 6．4 XIO‘，定壓預(yù)緊下分別為 2．4 XIO‘和 3．4 XIO‘，定壓預(yù)緊下，陶瓷球軸承的剛度 大于全鋼軸承，而定位預(yù)緊下則相反； 5）一般，軸承中球的溫度最高，內(nèi)圈次之，外圈溫度最低，但定壓預(yù)緊－廠轉(zhuǎn) 速達到一定值時，，外圈溫度可能高于內(nèi)圈； 6）主軸平動固有頻率和軸承徑向剛度的測量值與計算值基本一致，忽略W1）d 的影響使測量值小于計算值，表明理論分析是正確的。 本文全面揭示了主軸軸承的熱特性、設(shè)計和應(yīng)用參數(shù)對速度和動力學性能的影 l狗，不僅為主軸單元和主軸軸承的設(shè)計與應(yīng)用提供了理論與試驗依據(jù)，而且提出了 考慮摩擦熱和預(yù)緊方式影響的高速軸承擬動力學分析方法，具有重要的理論和應(yīng)用 價值。本文的研究方法和結(jié)論也適用其它應(yīng)用場合的高速滾動軸承。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2001
【分類號】：TH133.3

【引證文獻】

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本文編號：2593368