静压与滚动混合轴承机床主轴热态特性分析
发布时间：2021-08-17 14:35
端面磨削是一种高效精密制造工艺。目前端面磨削主轴由滚动轴承支承,但是受到滚动轴承的振动、噪声、回转精度的影响,该支承方式不能满足大尺寸工件的磨削主轴的要求。针对大尺寸端面磨削主轴的发展现状,本文提出了水润滑静压推力轴承与滚动轴承混合支承的新型大尺寸端面磨削主轴。作为一类结构新颖的主轴系统,对其在高速工况下的热态特性建模与分析,有重要科学意义与工程价值。本文的具体内容如下:（1）静压与滚动混合轴承机床主轴热力学建模:建立了新型主轴的热力学建模,主要包括如下步骤:基于摩擦学和传热学理论,建立了主轴的能量流模型,计算了主轴的热源和热边界条件;（2）静压与滚动混合轴承机床主轴热态特性分析:基于主轴的热力学模型,运用有限元软件完成了主轴的热态特性分析,分析计算了主轴的温度场和热位移场,并研究了相关主要参数（如转速、偏心率、供水压力、粘度等）对主轴热态特性的影响。（3）静压与滚动混合轴承机床主轴热特性测试:对上述主轴开展热特性测试,测试了不同转速和供水压力情况下调心球轴承、轴瓦封水面和轴瓦回水槽的温升。研究结果表明,模型计算水润滑轴承在设计极限转速16000r/min的最高温升为1.8℃,轴端位移...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
主轴系统的能量流模型
第二章静压与滚动混合轴承机床主轴热力学建模11图2-3水润滑静压轴承平面台示意图建立如图2-3所示的极坐标系，逆时针为正，阴影部分表示有效承载面积，则：设半径处的微元体线速度为：（2-1）微元体对应的切应力:（2-2）微元体受到的摩擦力：（2-3）微元体处的摩擦功率：×23（2-4）在面积上积分23142421（2-5）本文中的轴瓦的径向尺寸相对于主轴系统其他零件来说不可忽略，所以在推力盘不同半径和角度的封水面处，所产生的摩擦功率是不可视为均等的。对应的四个封水面上的摩擦功率只需划分四个积分域，即1142441421（2-6）2142441443（2-7）3142443441（2-8）4142443441（2-9）
东南大学硕士学位论文12水润滑静压轴承在轴承的进水口和出水口之间存在压力差，水通过小孔节流器、轴承之间间隙产生的粘性剪切损失，其消耗的能量转化为热量，存储在水润滑静压轴承的水中。压力损耗的大小为水泵的输出功率，计算公式为：（2-10）上式中：——水泵供水压力（Pa）；——水泵流量（m3/s）；由热力学知识可知，物体获得的热量等于该物体的比热容、质量与温升的乘积，即:，所以要想确定水润滑静压轴承的温升，不光要确定其功率，还要对其流量进行分析计算。在静压推力轴承中，流量由三部分组成，分别为压差流、剪切流和离心流，三股流量在不同方向的封水面处所占比重不一样，故每条封水面的流量也不相同。对静压推力轴承分析，由静压理论知识[49]可得：1、压差流在两平行平板之间，由于压差引起的流量示意如图2-4所示：图2-4压差流示意图312（2-11）在径向方向，压差流表示为：31243（2-12）式中：——水膜厚度(m)；——介质的动力粘度(N·s/m2)；——推力盘油腔处的压力值(Pa)；——封水面长度(m)；——有效夹角
【参考文献】：
期刊论文
[1]大型数控立式磨床静压转台油膜热特性仿真及其实验分析[J]. 陈令,黄智,衡凤琴,王正杰,贾臻杰. 制造技术与机床. 2017(02)
[2]静压支承摩擦副温度场模拟与实验[J]. 于晓东,吴晓刚,隋甲龙,孙丹丹,张艳芹. 推进技术. 2016(10)
[3]圆锥液体静压轴承的耦合热态分析及实验研究[J]. 李梦阳,陈金明,胡秋. 润滑与密封. 2014(11)
[4]高精度立式磨床热-结构耦合分析[J]. 郑孝,米洁,孟玲霞,杨庆东. 机械设计与制造. 2013(08)
[5]精密与超精密磨削的发展现状[J]. 冯薇,皮钧. 集美大学学报(自然科学版). 2010(01)
[6]液体静压电主轴热态模型(英文)[J]. 卢泽生,马丙辉. 系统仿真学报. 2009(02)
[7]大型圆柱滚子端面磨削工艺[J]. 李庆,徐长鑫,肖瑞雪. 轴承. 2008(05)
[8]基于键合图的内燃机工作过程建模研究[J]. 宋立军,胡政,杨拥民,温熙森. 内燃机学报. 2007(05)
[9]高速内圆磨床工件主轴系统热特性分析[J]. 胡金祥,蒋书运,黄国庆. 精密制造与自动化. 2007(01)
[10]高速电主轴热态特性的有限元分析[J]. 黄晓明,张伯霖,肖曙红. 航空制造技术. 2003(10)
博士论文
[1]大型重载液体静压转台承载特性及流固热耦合规律研究[D]. 王少力.湖南大学 2016
[2]重型静压推力轴承综合物理场研究[D]. 张艳芹.哈尔滨理工大学 2009
[3]重型静压推力轴承力学性能及油膜态数值模拟研究[D]. 于晓东.东北林业大学 2007
硕士论文
[1]铁路轴承套圈外圆磨床热态特性分析[D]. 沈德阳.东南大学 2017
[2]铁路轴承套圈内圆磨床热态特性分析[D]. 陈晓杰.东南大学 2016
[3]立式双端面磨床关键部件设计研究[D]. 汪文博.湖南大学 2015
[4]静压轴承热力耦合变形及油膜模型研究[D]. 范立国.哈尔滨理工大学 2015
[5]滚动轴承温度分布及润滑性能研究[D]. 艾思源.北京理工大学 2015
[6]超高速空气静压电主轴热特性分析[D]. 吴贺.广东工业大学 2012
[7]碗形CBN砂轮端面深切磨削装备中关键技术的研究[D]. 李新杰.东华大学 2012
[8]基于结合面的数控机床静动热态特性研究[D]. 张晓星.吉林大学 2011
[9]高速高效轧辊磨床磨头系统的研究[D]. 江桂云.重庆大学 2004
本文编号：3347949
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
主轴系统的能量流模型
第二章静压与滚动混合轴承机床主轴热力学建模11图2-3水润滑静压轴承平面台示意图建立如图2-3所示的极坐标系，逆时针为正，阴影部分表示有效承载面积，则：设半径处的微元体线速度为：（2-1）微元体对应的切应力:（2-2）微元体受到的摩擦力：（2-3）微元体处的摩擦功率：×23（2-4）在面积上积分23142421（2-5）本文中的轴瓦的径向尺寸相对于主轴系统其他零件来说不可忽略，所以在推力盘不同半径和角度的封水面处，所产生的摩擦功率是不可视为均等的。对应的四个封水面上的摩擦功率只需划分四个积分域，即1142441421（2-6）2142441443（2-7）3142443441（2-8）4142443441（2-9）
东南大学硕士学位论文12水润滑静压轴承在轴承的进水口和出水口之间存在压力差，水通过小孔节流器、轴承之间间隙产生的粘性剪切损失，其消耗的能量转化为热量，存储在水润滑静压轴承的水中。压力损耗的大小为水泵的输出功率，计算公式为：（2-10）上式中：——水泵供水压力（Pa）；——水泵流量（m3/s）；由热力学知识可知，物体获得的热量等于该物体的比热容、质量与温升的乘积，即:，所以要想确定水润滑静压轴承的温升，不光要确定其功率，还要对其流量进行分析计算。在静压推力轴承中，流量由三部分组成，分别为压差流、剪切流和离心流，三股流量在不同方向的封水面处所占比重不一样，故每条封水面的流量也不相同。对静压推力轴承分析，由静压理论知识[49]可得：1、压差流在两平行平板之间，由于压差引起的流量示意如图2-4所示：图2-4压差流示意图312（2-11）在径向方向，压差流表示为：31243（2-12）式中：——水膜厚度(m)；——介质的动力粘度(N·s/m2)；——推力盘油腔处的压力值(Pa)；——封水面长度(m)；——有效夹角
【参考文献】：
期刊论文
[1]大型数控立式磨床静压转台油膜热特性仿真及其实验分析[J]. 陈令,黄智,衡凤琴,王正杰,贾臻杰. 制造技术与机床. 2017(02)
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[5]精密与超精密磨削的发展现状[J]. 冯薇,皮钧. 集美大学学报(自然科学版). 2010(01)
[6]液体静压电主轴热态模型(英文)[J]. 卢泽生,马丙辉. 系统仿真学报. 2009(02)
[7]大型圆柱滚子端面磨削工艺[J]. 李庆,徐长鑫,肖瑞雪. 轴承. 2008(05)
[8]基于键合图的内燃机工作过程建模研究[J]. 宋立军,胡政,杨拥民,温熙森. 内燃机学报. 2007(05)
[9]高速内圆磨床工件主轴系统热特性分析[J]. 胡金祥,蒋书运,黄国庆. 精密制造与自动化. 2007(01)
[10]高速电主轴热态特性的有限元分析[J]. 黄晓明,张伯霖,肖曙红. 航空制造技术. 2003(10)
博士论文
[1]大型重载液体静压转台承载特性及流固热耦合规律研究[D]. 王少力.湖南大学 2016
[2]重型静压推力轴承综合物理场研究[D]. 张艳芹.哈尔滨理工大学 2009
[3]重型静压推力轴承力学性能及油膜态数值模拟研究[D]. 于晓东.东北林业大学 2007
硕士论文
[1]铁路轴承套圈外圆磨床热态特性分析[D]. 沈德阳.东南大学 2017
[2]铁路轴承套圈内圆磨床热态特性分析[D]. 陈晓杰.东南大学 2016
[3]立式双端面磨床关键部件设计研究[D]. 汪文博.湖南大学 2015
[4]静压轴承热力耦合变形及油膜模型研究[D]. 范立国.哈尔滨理工大学 2015
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[8]基于结合面的数控机床静动热态特性研究[D]. 张晓星.吉林大学 2011
[9]高速高效轧辊磨床磨头系统的研究[D]. 江桂云.重庆大学 2004
本文编号：3347949
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