形位误差对角接触球轴承动态特性的影响规律研究

发布时间：2017-10-11 02:22

  本文关键词：形位误差对角接触球轴承动态特性的影响规律研究

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【摘要】：角接触球轴承以其高转速、高精度和高刚度等优点,广泛地应用于机床主轴、航空发动机等转子系统。实际工程中,由于加工和装配误差以及运行环境的影响,轴承的几何要素总是不同程度地存在着形位误差。形位误差若超过一定限度,会严重影响轴承的精度、刚度和寿命,甚至造成轴承卡死抱轴等事故。虽然现有的针对轴承形位误差的研究已经得出了定性的结论,但工程上仍缺乏能精确分析形位误差对轴承动态特性影响规律的定量研究方法,所以有必要对此展开更深入的研究。本文分析了计入形位误差影响的角接触球轴承变形几何关系,根据能量平衡导出了滚动体姿态角的计算公式,建立了不依赖于套圈滚道控制理论的角接触球轴承拟静力学分析模型。运用Newton法与Broyden法相结合的算法处理非线性方程组,对模型进行了求解。在此基础上,研究揭示了套圈滚道圆度误差、套圈之间的偏心与倾斜对角接触球轴承接触角、滚动体公转转速、旋滚比、接触应力、刚度的影响规律,着重分析了不同工况下这些形位误差对轴承跳动和寿命的影响规律,并从控制轴承跳动的角度提出了套圈滚道圆度误差的允许范围,从保障轴承寿命的角度分别提出了套圈偏心量和套圈倾斜角的允许范围。基于MATLAB开发了角接触球轴承复合工况下性能分析软件,实现了对形位误差影响下角接触球轴承动态特性的定量计算。通过典型计算实例,比较分析了所编软件的计算结果与基于套圈滚道控制理论的计算结果。研究表明:本文方法克服了套圈滚道控制理论无法同时反映滚动体相对于内、外圈滚道自旋运动的不足,计算结果更为合理。搭建了角接触球轴承电主轴实验台,根据脉冲锤击法测试了实验电主轴转子系统的固有频率。依次计算了主轴用角接触球轴承的径向刚度与转子系统的固有频率。固有频率的理论计算结果与实验测试结果基本吻合,间接证明了本文角接触球轴承分析方法的正确性。本文所做工作为角接触球轴承以及与之配合的轴、轴承座形位公差的制定提供了理论依据。
【关键词】：角接触球轴承 形位误差 拟静力学 动态特性
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-15
• 第1章 绪论15-22
• 1.1 课题背景及研究意义15-16
• 1.2 国内外研究概况16-20
• 1.2.1 滚动轴承分析方法的研究现状16-17
• 1.2.2 滚动轴承形状误差的研究现状17-19
• 1.2.3 滚动轴承位置误差的研究现状19-20
• 1.3 存在的问题20
• 1.4 研究的主要内容20-22
• 第2章 考虑形位误差的角接触球轴承分析方法22-36
• 2.1 角接触球轴承形位误差分析22-24
• 2.1.1 形状误差22-23
• 2.1.2 位置误差23-24
• 2.2 考虑形位误差的角接触球轴承力学模型24-30
• 2.2.1 角接触球轴承的运动关系24-27
• 2.2.2 角接触球轴承的变形几何关系27-29
• 2.2.3 角接触球轴承的受力分析29-30
• 2.3 角接触球轴承力学模型的求解30-32
• 2.4 本文方法与套圈滚道控制理论的对比32-35
• 2.4.1 接触角与接触载荷的对比32-34
• 2.4.2 姿态角的对比34
• 2.4.3 旋滚比的对比34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 形状误差对角接触球轴承动态特性的影响规律研究36-49
• 3.1 套圈滚道圆度误差阶次对轴承动态特性的影响规律36-40
• 3.1.1 套圈滚道圆度误差阶次对接触角的影响36-37
• 3.1.2 套圈滚道圆度误差阶次对滚动体公转转速的影响37-38
• 3.1.3 套圈滚道圆度误差阶次对旋滚比的影响38-39
• 3.1.4 套圈滚道圆度误差阶次对接触应力的影响39
• 3.1.5 套圈滚道圆度误差阶次对刚度的影响39-40
• 3.2 套圈滚道圆度误差幅值对轴承动态特性的影响规律40-44
• 3.2.1 套圈滚道圆度误差幅值对接触角的影响40-41
• 3.2.2 套圈滚道圆度误差幅值对滚动体公转转速的影响41
• 3.2.3 套圈滚道圆度误差幅值对旋滚比的影响41-42
• 3.2.4 套圈滚道圆度误差幅值对接触应力的影响42-43
• 3.2.5 套圈滚道圆度误差幅值对刚度的影响43-44
• 3.3 轴承套圈滚道圆度误差允许范围的讨论44-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第4章 位置误差对角接触球轴承动态特性的影响规律研究49-61
• 4.1 套圈平行不对中对轴承动态特性的影响规律49-52
• 4.1.1 套圈偏心量对接触角的影响50
• 4.1.2 套圈偏心量对滚动体公转转速的影响50-51
• 4.1.3 套圈偏心量对旋滚比的影响51
• 4.1.4 套圈偏心量对接触应力的影响51-52
• 4.1.5 套圈偏心量对刚度的影响52
• 4.2 套圈角度不对中对轴承动态特性的影响规律52-55
• 4.2.1 套圈倾斜角对接触角的影响52-53
• 4.2.2 套圈倾斜角对滚动体公转转速的影响53-54
• 4.2.3 套圈倾斜角对旋滚比的影响54
• 4.2.4 套圈倾斜角对接触应力的影响54-55
• 4.2.5 套圈倾斜角对刚度的影响55
• 4.3 套圈综合不对中对轴承动态特性的影响规律55-58
• 4.3.1 套圈综合不对中对接触角的影响56
• 4.3.2 套圈综合不对中对滚动体公转转速的影响56-57
• 4.3.3 套圈综合不对中对旋滚比的影响57
• 4.3.4 套圈综合不对中对接触应力的影响57-58
• 4.3.5 套圈综合不对中对刚度的影响58
• 4.4 轴承位置误差允许范围的讨论58-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第5章 角接触球轴承性能分析软件的开发61-67
• 5.1 软件的结构61-62
• 5.2 软件的操作界面62-64
• 5.3 算例比较64-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第6章 角接触球轴承刚度的实验研究67-72
• 6.1 实验目的67
• 6.2 实验原理67
• 6.3 实验设备与仪器67-69
• 6.4 实验步骤69
• 6.5 实验结果分析与讨论69-70
• 6.6 本章小节70-72
• 结论72-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 附录A（攻读硕士学位期间所发表的学术论文）79-80
• 附录B（攻读硕士学位期间所参加的科研项目）80-81
• 附录C（攻读硕士学位期间所获得的软件著作权）81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 李传顺;毛范海;;深沟球轴承元件几何误差对非重复性跳动影响[J];组合机床与自动化加工技术;2013年11期

2 张学宁;韩勤锴;褚福磊;;基于简化Jones-Harris方法的球轴承接触角研究[J];振动与冲击;2013年13期

3 曹宏瑞;李兵;陈雪峰;何正嘉;;高速主轴离心膨胀及对轴承动态特性的影响[J];机械工程学报;2012年19期

4 熊万里;李芳芳;纪宗辉;吕浪;;滚动轴承电主轴系统动力学研究综述[J];制造技术与机床;2010年03期

5 王哲;胥利;;沟道形状误差对深沟球轴承振动和噪音的影响[J];哈尔滨轴承;2009年04期

6 李松生;陈晓阳;张钢;王春兰;杨柳欣;陈长江;;超高速时电主轴轴承的动态支承刚度分析[J];机械工程学报;2006年11期

7 张峻晖,黄红武,熊万里;高速电主轴轴承配合过盈量的计算方法研究[J];机械与电子;2004年07期

8 丁长安,周福章,朱均,张雷;滚道控制理论与滚动体姿态角的确定[J];机械工程学报;2001年02期

9 曾克和;;Newton-Broyden组合迭代法的收敛性[J];西南交通大学学报;1983年04期

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 叶振环;航空发动机高速滚动轴承动力学行为研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

2 刘秀海;高速滚动轴承动力学分析模型与保持架动态性能研究[D];大连理工大学;2011年

3 马子魁;基于拟静力学方法的球轴承动力学特性研究[D];浙江大学;2010年

4 崔立;航空发动机高速滚动轴承及转子系统的动态性能研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

5 蒋兴奇;主轴轴承热特性及对速度和动力学性能影响的研究[D];浙江大学;2001年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 冷钢;复合工况下高速滚动轴承的寿命和可靠性预测[D];哈尔滨工业大学;2012年

2 王斌;航空发动机滚动轴承保持架动力学研究[D];沈阳航空航天大学;2012年

3 李芳芳;基于轴承热位移的电主轴系统动态特性分析方法研究[D];湖南大学;2011年

4 纪宗辉;电主轴静动态特性分析方法及其应用研究[D];湖南大学;2010年

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本文编号：1009959