【摘要】： 主軸軸承的摩擦熱顯著影響主軸單元的速度和動(dòng)力學(xué)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(jì)算軸承的摩擦熱和溫度分布，研究軸承的熱特性，及其對(duì)速度和動(dòng)力學(xué)性能的影響是一個(gè)具有理論和實(shí)際意義的重要課題。 本文以傳熱學(xué)、滾動(dòng)軸承摩擦學(xué)和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué)分析模型，分析了軸承的摩擦力矩、運(yùn)動(dòng)、載荷和剛度，研究了軸承的熱特性、設(shè)計(jì)和應(yīng)用參數(shù)對(duì)速度和動(dòng)力學(xué)性能的影響，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。研究?jī)?nèi)容包括： 1)軸承的擬動(dòng)力學(xué)分析：建立改進(jìn)的擬動(dòng)力學(xué)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(yùn)動(dòng)、位移、摩擦力矩和摩擦熱等計(jì)算方程； 2)軸承溫度分布計(jì)算：應(yīng)用傳熱學(xué)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(yùn)轉(zhuǎn)性能計(jì)算：實(shí)例計(jì)算與分析軸承的熱特性、設(shè)計(jì)參數(shù)和預(yù)緊方式對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)性能的影響； 4)軸承剛度分析和測(cè)量：應(yīng)用Hertz接觸理論，建立軸承剛度的計(jì)算公式，實(shí)例計(jì)算和分析軸承的剛度特性，建立電主軸振動(dòng)的測(cè)量與處理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，提取振動(dòng)特征信號(hào)，測(cè)量軸承的剛度； 5)主軸單元?jiǎng)恿W(xué)分析：根據(jù)振動(dòng)理論，應(yīng)用有限差分法和有限元法，對(duì)主軸單元的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行分析，并進(jìn)行實(shí)例計(jì)算； 6)最小預(yù)緊載荷計(jì)算：提出計(jì)算軸承最小預(yù)緊載荷的準(zhǔn)則，并進(jìn)行實(shí)例計(jì)算； 7)軸承速度性能試驗(yàn)研究：試驗(yàn)軸承結(jié)構(gòu)型式和潤(rùn)滑參數(shù)對(duì)速度性能的影響。 通過(guò)對(duì)主軸軸承的理論分析，參數(shù)研究和試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明： 1)摩擦熱和預(yù)緊方式對(duì)軸承的速度和動(dòng)力學(xué)性能影響十分顯著，軸承擬動(dòng)力學(xué)分析中考慮摩擦熱和預(yù)緊方式的影響使計(jì)算精度明顯提高，結(jié)果更加符合實(shí)際，高速時(shí)增大的摩擦熱和慣性效應(yīng)降低軸承的速度和動(dòng)力學(xué)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(chǎng)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(duì)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(rùn)滑時(shí)，潤(rùn)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(rùn)滑油的潤(rùn)滑性能好于礦物油，礦物油中含有少量合成油時(shí)潤(rùn)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(yùn)轉(zhuǎn)性能優(yōu)于全鋼軸承，定位預(yù)緊下的優(yōu)點(diǎn)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(dá)到一定值時(shí)，，外圈溫度可能高于內(nèi)圈； 6）主軸平動(dòng)固有頻率和軸承徑向剛度的測(cè)量值與計(jì)算值基本一致，忽略W1）d 的影響使測(cè)量值小于計(jì)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(jì)和應(yīng)用參數(shù)對(duì)速度和動(dòng)力學(xué)性能的影 l狗，不僅為主軸單元和主軸軸承的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供了理論與試驗(yàn)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(dòng)力學(xué)分析方法，具有重要的理論和應(yīng)用 價(jià)值。本文的研究方法和結(jié)論也適用其它應(yīng)用場(chǎng)合的高速滾動(dòng)軸承。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2001
【分類號(hào)】：TH133.3

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2593368