当前位置:主页 > 科技论文 > 机械论文 >

主轴轴承热特性及对速度和动力学性能影响的研究

发布时间:2020-03-21 13:00
【摘要】: 主轴轴承的摩擦热显著影响主轴单元的速度和动力学性能,是制约提高加工效率和精度的主要因素。建立热传递方程,计算轴承的摩擦热和温度分布,研究轴承的热特性,及其对速度和动力学性能的影响是一个具有理论和实际意义的重要课题。 本文以传热学、滚动轴承摩擦学和转子动力学为理论基础,以GDZ48A型电主轴为例,建立了考虑摩擦热和预紧方式影响的主轴轴承拟动力学分析模型,分析了轴承的摩擦力矩、运动、载荷和刚度,研究了轴承的热特性、设计和应用参数对速度和动力学性能的影响,并进行了试验验证。研究内容包括: 1)轴承的拟动力学分析:建立改进的拟动力学分析方法,考虑了摩擦热和预紧方式的影响,推导轴承的载荷、运动、位移、摩擦力矩和摩擦热等计算方程; 2)轴承温度分布计算:应用传热学理论,建立了主轴单元的热传递模型,推导了热传递阻抗和热传递方程; 3)轴承运转性能计算:实例计算与分析轴承的热特性、设计参数和预紧方式对运转性能的影响; 4)轴承刚度分析和测量:应用Hertz接触理论,建立轴承刚度的计算公式,实例计算和分析轴承的刚度特性,建立电主轴振动的测量与处理计算机系统,提取振动特征信号,测量轴承的刚度; 5)主轴单元动力学分析:根据振动理论,应用有限差分法和有限元法,对主轴单元的动力学特性进行分析,并进行实例计算; 6)最小预紧载荷计算:提出计算轴承最小预紧载荷的准则,并进行实例计算; 7)轴承速度性能试验研究:试验轴承结构型式和润滑参数对速度性能的影响。 通过对主轴轴承的理论分析,参数研究和试验验证,结果表明: 1)摩擦热和预紧方式对轴承的速度和动力学性能影响十分显著,轴承拟动力学分析中考虑摩擦热和预紧方式的影响使计算精度明显提高,结果更加符合实际,高速时增大的摩擦热和惯性效应降低轴承的速度和动力学性能,定压预紧下的影响小于定位预紧,速度性能优于定位预紧,定压预紧适合高速场合; 2)轴承采用外圈单挡边的结构比双挡边的温升低,球数对轴承温度的影响很小,球径和初始接触角增大使温度升高,相比定位预紧,定压预紧下更明显;两种预紧方式下,球径增大和球数增多使轴承的刚度增大,球数的影响大于球径,初始接触角增大使径向刚度降低,轴向和角刚度增大,但定压预紧下,球径增大使轴向 一 和角刚度减小,增大初始接触角不能提高轴向和角刚度; 3)预紧载荷增加使轴承的温度和刚度随之略有增加,定压预紧下,预紧载荷 应随转速、径向和力矩载荷的增加而增大,定位预紧下,环境温度越高,温升越南, 定压预紧下则相反,油雾润滑时,润滑油供给剂量和粘度以及供气压力影响轴承的 温度,合成润滑油的润滑性能好于矿物油,矿物油中含有少量合成油时润滑性能最 好,正确选择应用参数可以提高轴承的速度性能; 4)陶瓷球轴承的运转性能优于全钢轴承,定位预紧下的优点得到更加充分的 体现,全钢轴承和陶瓷球轴承的极限转速4;n值,定位预紧下分别为1斗x10‘和 6.4 XIO‘,定压预紧下分别为 2.4 XIO‘和 3.4 XIO‘,定压预紧下,陶瓷球轴承的刚度 大于全钢轴承,而定位预紧下则相反; 5)一般,轴承中球的温度最高,内圈次之,外圈温度最低,但定压预紧-厂转 速达到一定值时,,外圈温度可能高于内圈; 6)主轴平动固有频率和轴承径向刚度的测量值与计算值基本一致,忽略W1)d 的影响使测量值小于计算值,表明理论分析是正确的。 本文全面揭示了主轴轴承的热特性、设计和应用参数对速度和动力学性能的影 l狗,不仅为主轴单元和主轴轴承的设计与应用提供了理论与试验依据,而且提出了 考虑摩擦热和预紧方式影响的高速轴承拟动力学分析方法,具有重要的理论和应用 价值。本文的研究方法和结论也适用其它应用场合的高速滚动轴承。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TH133.3

【引证文献】

相关期刊论文 前10条

1 赵玲;;电主轴轴承的发展状况[J];安徽科技;2006年01期

2 祁剑;;数控铣床主轴热负荷的应用研究[J];才智;2011年30期

3 刘艳华,李志远,张朝煌,何高清;高速角接触球轴承动态刚度的分析与计算[J];轴承;2005年09期

4 宁练;周孑民;;滚动轴承内部温度状态监测技术[J];轴承;2007年02期

5 王金生,胡如夫,巫修海;带冷却系统的XK717数控铣床主轴部件热特性分析[J];中国工程科学;2005年08期

6 王保民;胡赤兵;邬再新;刘洪芹;;高速电主轴定转子的气隙变化及影响因素[J];兰州理工大学学报;2008年06期

7 王保民;胡赤兵;邬再新;孙建仁;;预紧对高速角接触球轴承动态刚度的影响[J];兰州理工大学学报;2009年02期

8 宁练;周孑民;邓启红;;滚子轴承温度分布的数值计算与应用[J];广西大学学报(自然科学版);2007年02期

9 李毅波;黄明辉;;温度补偿对航天微电机转速稳定性的改善[J];华南理工大学学报(自然科学版);2010年06期

10 王保民;梅雪松;胡赤兵;邬再新;;内圈离心位移对高速角接触球轴承刚度的影响[J];计算力学学报;2010年01期

相关博士学位论文 前8条

1 赵联春;球轴承振动的研究[D];浙江大学;2003年

2 周井玲;氮化硅陶瓷球的滚动接触疲劳寿命研究[D];上海大学;2006年

3 李松生;超高速电主轴球轴承—转子系统动力学性能的研究[D];上海大学;2006年

4 孟杰;高速电主轴动力学分析与实验研究[D];重庆大学;2008年

5 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

6 马丙辉;基于热管传热的液体静压电主轴热态性能及相关技术研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

7 张珂;基于PMAC-PC下高速磨削实验及其关键技术研究[D];东北大学;2007年

8 张仕海;高速机床主轴内置式双面在线动平衡装置及关键技术研究[D];北京工业大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 梁毅峰;高速加工机床电主轴系统关键技术研究[D];合肥工业大学;2010年

2 邵宽平;高速电主轴单元的热态特性研究[D];兰州理工大学;2011年

3 张海杰;轴承对高速电主轴静动刚度影响的研究[D];兰州理工大学;2011年

4 赵跃超;HMC80卧式加工中心电主轴热、动态特性分析及耦合研究[D];兰州理工大学;2011年

5 司圣洁;空间关节的轴承预紧及其动态特性研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

6 张国通;高速陶瓷电主轴设计及动静态性能分析[D];燕山大学;2011年

7 王娟;高速木工机械电主轴空载热平衡分析[D];北京工商大学;2010年

8 韩志峰;电主轴热—结构耦合特性分析[D];河南科技大学;2011年

9 郑衍通;新型保护轴承热学特性研究[D];南京航空航天大学;2010年

10 尤晶;高速电主轴热态性能分析与优化[D];华中科技大学;2011年



本文编号:2593368

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/jixiegongcheng/2593368.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户9ef6b***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com