【摘要】： 高速加工是制造業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì),高速機(jī)床主軸則是高速加工機(jī)床的核心功能部件。隨著加工速度的提高,對(duì)主軸系統(tǒng)的性能要求也越來(lái)越高;針對(duì)高速機(jī)床主軸,進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析,研究高速主軸軸承的動(dòng)力學(xué)壽命理論已經(jīng)成為整個(gè)機(jī)床開(kāi)發(fā)工作的迫切要求。本文在國(guó)內(nèi)外高速主軸軸承動(dòng)力學(xué)壽命研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,充分考慮了高速軸承各元件之間相互作用的影響因素,利用球軸承動(dòng)力學(xué)分析程序,對(duì)軸承動(dòng)力學(xué)壽命理論的影響因素加以分析,建立了動(dòng)力學(xué)壽命的分析理論。具體的研究工作如下: 1建立主軸軸承的動(dòng)力學(xué)模型。首先,假設(shè)套圈具有6個(gè)自由度的彈性體,考慮軸承套圈與球之間的法向力、工作游隙和油膜的影響,應(yīng)用彈性理論、Hertz在接觸理論和變形協(xié)調(diào)條件建立了套圈的靜力學(xué)平衡方程;然后,假設(shè)球具有6個(gè)自由度,考慮了球與滾道接觸面上的接觸力和摩擦力、接觸入口區(qū)的摩擦力、球與保持架間的作用力和油氣混合物對(duì)鋼球的阻力,應(yīng)用Hertz接觸理論和彈流潤(rùn)滑理論,建立了球的擬動(dòng)力學(xué)平衡方程;接著,假設(shè)保持架具有3個(gè)自由度,考慮保持架與球之間的碰撞作用力和阻尼作用力、引導(dǎo)擋邊面對(duì)保持架的作用力和保持架的攪動(dòng)阻力,利用模糊碰撞理論建立了保持架的動(dòng)力學(xué)方程;最后,建立軸承的整體平衡方程,根據(jù)軸承系統(tǒng)的平衡方程的特點(diǎn),本文選取了Newton-Raphson(N-R)法、龍格-庫(kù)塔法。對(duì)軸承整體平衡方程,采用N-R方法,對(duì)于保持架運(yùn)動(dòng)微分方程,采用四階龍格-庫(kù)塔法,由此求得非線性方程組的解。 2對(duì)主軸軸承運(yùn)動(dòng)影響因素進(jìn)行分析。首先,利用球軸承動(dòng)力學(xué)分析程序BBDY和編制的相關(guān)程序,對(duì)鋼球與陶瓷球進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析。分別對(duì)兩種材料的滾動(dòng)體的力與力矩、轉(zhuǎn)速、油膜厚度和旋滾比等參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析,研究?jī)烧咧g的動(dòng)態(tài)性能關(guān)系,同時(shí)與已知文獻(xiàn)上的實(shí)際工況下的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證BBDY程序的準(zhǔn)確性;然后,分析不同軸承保持架的動(dòng)態(tài)性能。分別得出球與保持架接觸力、轉(zhuǎn)速、保持架引導(dǎo)間隙和兜孔間隙變化時(shí)保持架的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)軌跡。根據(jù)軌跡特點(diǎn),分析出保持架的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn),從而得到各個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)與軸承的動(dòng)力學(xué)壽命的關(guān)系。 3建立軸承的動(dòng)力學(xué)壽命理論思想。首先,簡(jiǎn)單地介紹了軸承疲勞壽命的發(fā)展情況;然后,介紹了軸承的磨損計(jì)算方法,重點(diǎn)介紹了與本文相關(guān)類型的磨損的計(jì)算方法;最后,根據(jù)文章所作的計(jì)算以及結(jié)果分析,建立了軸承的動(dòng)力學(xué)壽命理論的計(jì)算方法,為主軸軸承的動(dòng)力學(xué)壽命的發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TH133.3
【圖文】：

1 軸承 2 刀具機(jī)構(gòu) 3 主軸 4 圓螺母 5 測(cè)速傳感儀6 電機(jī)轉(zhuǎn)子 7 電機(jī)定子 8 冷卻套圖 1-1 機(jī)床電主軸示意圖由于角接觸球軸承具有制造精度高、極限轉(zhuǎn)速高、承載能力強(qiáng)，能同時(shí)承受徑向和軸向等特點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于高速機(jī)床主軸的支撐中，以至“主軸軸承”已經(jīng)演變成特指高速精密角接觸軸承。特別是陶瓷球軸承已得到大力發(fā)展（圖1-2）。角接觸球軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但軸承內(nèi)部各元件的運(yùn)動(dòng)及所受載荷則比較復(fù)雜，特別是高速球軸承中，離心力和陀螺力矩作用的結(jié)果使軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)發(fā)生變化，影響到軸承的變形與載荷關(guān)系，從而影響到球軸承支撐的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性能。對(duì)于高速工作的軸承，如果參數(shù)設(shè)計(jì)不當(dāng)或由于安裝調(diào)整不好而使工作條件惡化，主軸軸承在幾十小時(shí)甚至數(shù)小時(shí)之內(nèi)就會(huì)失效。所以，對(duì)高速軸承進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)性能分析是主軸單元設(shè)計(jì)時(shí)不可或缺的環(huán)節(jié)。對(duì)軸承性能分析，尤其是軸承的工作狀態(tài)分析與壽命分析，在現(xiàn)代工程應(yīng)用中是一項(xiàng)很有意義的工作。

以至“主軸軸承”已經(jīng)演變成特指高速精密角接觸軸承。特別是陶瓷球軸承已得到大力發(fā)展（圖1-2）。角接觸球軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但軸承內(nèi)部各元件的運(yùn)動(dòng)及所受載荷則比較復(fù)雜，特別是高速球軸承中，離心力和陀螺力矩作用的結(jié)果使軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)發(fā)生變化，影響到軸承的變形與載荷關(guān)系，從而影響到球軸承支撐的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性能。對(duì)于高速工作的軸承，如果參數(shù)設(shè)計(jì)不當(dāng)或由于安裝調(diào)整不好而使工作條件惡化，主軸軸承在幾十小時(shí)甚至數(shù)小時(shí)之內(nèi)就會(huì)失效。所以，對(duì)高速軸承進(jìn)行靜、動(dòng)

軸承坐標(biāo)系

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 王斌;航空發(fā)動(dòng)機(jī)滾動(dòng)軸承保持架動(dòng)力學(xué)研究[D];沈陽(yáng)航空航天大學(xué);2012年

2 陳建偉;高速機(jī)床主軸軸承預(yù)緊力研究[D];山東大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2769626