本文關(guān)鍵詞：基于MATLAB的高速主軸熱動力學(xué)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：高速加工可以大大提高加工效率、被加工件的表面質(zhì)量和加工精度，但由速度提高而產(chǎn)生的熱效應(yīng)也會對加工效果造成不利的影響。主軸單元作為高速加工機(jī)床的核心部件，在考慮熱效應(yīng)的前提下，分析傳熱過程、熱位移，建立其擬動力學(xué)分析模型來研究主軸單元的熱動力特性就成為了一個十分具有實(shí)際意義的課題。 本文涉及軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)、摩擦學(xué)和傳熱學(xué)三部分。由于角接觸球軸承不僅可以承受軸向載荷和徑向載荷，而且具有良好的高速性能、高剛度、簡單緊湊的結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用在高速主軸上。文章將以角接觸球軸承作為高速主軸支承進(jìn)行研究，分析軸承滾動體的運(yùn)動、動力載荷和位移、摩擦熱、傳熱機(jī)理，列出熱平衡方程來完善主軸單元的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而研究軸承的熱特性和相關(guān)參數(shù)對其的影響，同時(shí)以GWE3500A型電主軸為例進(jìn)行分析。 通過對高速主軸單元的理論分析，相關(guān)參數(shù)的研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，研究結(jié)果表明： 1.在角接觸球軸承高速擬動力學(xué)模型中考慮摩擦熱的影響使得分析更加可靠，計(jì)算結(jié)果更加貼近實(shí)際測試值。 2.速度對于主軸單元的運(yùn)動性能影響顯著，隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高，內(nèi)外圈的接觸載荷由于受到離心力的作用，內(nèi)圈接觸載荷不斷下降，外圈則不斷提高；內(nèi)圈接觸角不斷增大，外圈接觸角減小。 3.在高速段時(shí)，速度產(chǎn)生的摩擦熱也會給主軸單元帶來明顯影響，不同型號軸承的內(nèi)圈溝道中心熱位移表現(xiàn)出的增大趨勢也不盡相同。 4.在10000r/min的轉(zhuǎn)速下，預(yù)緊力對于內(nèi)外圈溫度、軸承剛度和主軸單元工作頻率的影響基本可以忽略，不過隨著速度的提高，預(yù)緊力的影響也會凸顯出來。 5.在10000r/min的轉(zhuǎn)速下，潤滑油粘度的增大會造成內(nèi)外圈溫度的相應(yīng)上升，不過根據(jù)軸承的幾何尺寸不同，溫度上升的形式也不同。 本文較為全面的分析了主軸單元的熱特性，相關(guān)參數(shù)對主軸單元動態(tài)特性的影響做了深入的分析、總結(jié)和論證，給今后主軸單元的研究和設(shè)計(jì)人員提供一定的理論和設(shè)計(jì)依據(jù)，同時(shí)對于進(jìn)一步高速主軸單元熱動態(tài)特性的研究具有參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：高速 主軸單元 熱動態(tài)特性 角接觸球軸承 運(yùn)動 載荷 位移 變形 摩擦熱 熱傳遞 預(yù)緊力 溫度
【學(xué)位授予單位】：廣西科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH133;TG502.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 符號說明7-13
• 第一章 緒論13-18
• 1.1 選題依據(jù)和研究意義13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 滾動軸承動力學(xué)分析14
• 1.2.2 主軸單元動力學(xué)分析14-15
• 1.2.3 主軸單元熱態(tài)特性分析15-16
• 1.3 研究內(nèi)容16-17
• 1.4 本章小結(jié)17-18
• 第二章 高速軸承動力學(xué)分析18-38
• 2.1 概述18
• 2.2 高速軸承運(yùn)動18-24
• 2.2.1 軸承滾動體的運(yùn)動學(xué)特性18-19
• 2.2.2 高速軸承運(yùn)動分析19-20
• 2.2.3 滾動體角速度計(jì)算20-24
• 2.3 角接觸球軸承滾動體接觸應(yīng)力與變形24-29
• 2.3.1 接觸點(diǎn)的主曲率24-25
• 2.3.2 球滾動體與溝道間的 Hertz 接觸25-28
• 2.3.3 軸承剛度的計(jì)算28-29
• 2.4 軸承滾動體的受力分析29-37
• 2.4.1 受徑向、軸向和力矩聯(lián)合載荷下運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承30-32
• 2.4.2 球滾動體受力和平衡方程32-35
• 2.4.3 只受軸向載荷下的軸承靜力分析35-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第三章 高速主軸軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)建模38-45
• 3.1 概述38
• 3.2 主軸系統(tǒng)的運(yùn)動微分方程38-39
• 3.3 轉(zhuǎn)子的有限元模型39-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第四章 軸承熱模型的建立45-58
• 4.1 概述45
• 4.2 摩擦力、摩擦力矩和熱生成45-48
• 4.3 熱傳遞、熱阻抗和熱平衡方程的建立48-51
• 4.3.1 平壁傳熱49
• 4.3.2 長圓筒壁傳熱49-50
• 4.3.3 球殼傳熱50
• 4.3.4 牛頓冷卻定律50-51
• 4.4 軸承內(nèi)外圈的熱阻抗51-52
• 4.5 主軸和軸承座的熱阻抗52-53
• 4.6 球滾動體的熱阻抗53
• 4.7 潤滑脂熱阻抗和潤滑油的強(qiáng)迫對流熱阻抗53-54
• 4.8 主軸單元的傳熱模型54-57
• 4.9 本章小結(jié)57-58
• 第五章 主軸單元零件運(yùn)動位移58-65
• 5.1 概述58
• 5.2 軸承內(nèi)圈溝道中心離心位移58-60
• 5.3 軸承單元熱位移60-64
• 5.3.1 薄圓環(huán)的熱位移60-61
• 5.3.2 長圓筒壁的熱位移61-62
• 5.3.3 球熱位移62-64
• 5.4 本章小結(jié)64-65
• 第六章 主軸單元熱動力學(xué)計(jì)算方法設(shè)計(jì)65-77
• 6.1 概述65
• 6.2 不計(jì)熱影響的動力學(xué)計(jì)算方法的建立65-66
• 6.3 考慮熱位移的影響66-72
• 6.4 主軸單元的有限元劃分及驗(yàn)證72-75
• 6.5 溫度測試驗(yàn)證75
• 6.6 本章小結(jié)75-77
• 第七章 高速主軸單元熱動力學(xué)特性分析77-85
• 7.1 概述77
• 7.2 速度對于主軸單元運(yùn)動性能的影響77-81
• 7.2.1 不同轉(zhuǎn)速下內(nèi)外圈接觸載荷77-78
• 7.2.2 不同轉(zhuǎn)速下內(nèi)外圈接觸角78-79
• 7.2.3 不同轉(zhuǎn)速下內(nèi)圈熱位移79
• 7.2.4 不同轉(zhuǎn)速下內(nèi)外圈溫度79-80
• 7.2.5 不同轉(zhuǎn)速下支承軸承徑向剛度80-81
• 7.3 軸向預(yù)緊力對于主軸單元運(yùn)動性能的影響81-82
• 7.3.1 不同軸向預(yù)緊力下的軸承內(nèi)外圈溫度81-82
• 7.3.2 不同軸向預(yù)緊力下的軸承徑向剛度82
• 7.4 潤滑劑粘度對于主軸單元運(yùn)動性能的影響82-83
• 7.5 不同轉(zhuǎn)速和軸向預(yù)緊力下主軸單元的工作頻率變化83-84
• 7.6 本章小結(jié)84-85
• 第八章 總結(jié)與展望85-87
• 8.1 總結(jié)85
• 8.2 展望85-87
• 參考文獻(xiàn)87-90
• 附錄90-92
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明92-93
• 致謝93

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：基于MATLAB的高速主軸熱動力學(xué)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：343690