机床主轴轴承动力学寿命理论研究

发布时间：2020-07-25 09:11

【摘要】： 高速加工是制造业发展的重要趋势,高速机床主轴则是高速加工机床的核心功能部件。随着加工速度的提高,对主轴系统的性能要求也越来越高;针对高速机床主轴,进行动态特性分析,研究高速主轴轴承的动力学寿命理论已经成为整个机床开发工作的迫切要求。本文在国内外高速主轴轴承动力学寿命研究现状的基础上,充分考虑了高速轴承各元件之间相互作用的影响因素,利用球轴承动力学分析程序,对轴承动力学寿命理论的影响因素加以分析,建立了动力学寿命的分析理论。具体的研究工作如下: 1建立主轴轴承的动力学模型。首先,假设套圈具有6个自由度的弹性体,考虑轴承套圈与球之间的法向力、工作游隙和油膜的影响,应用弹性理论、Hertz在接触理论和变形协调条件建立了套圈的静力学平衡方程;然后,假设球具有6个自由度,考虑了球与滚道接触面上的接触力和摩擦力、接触入口区的摩擦力、球与保持架间的作用力和油气混合物对钢球的阻力,应用Hertz接触理论和弹流润滑理论,建立了球的拟动力学平衡方程;接着,假设保持架具有3个自由度,考虑保持架与球之间的碰撞作用力和阻尼作用力、引导挡边面对保持架的作用力和保持架的搅动阻力,利用模糊碰撞理论建立了保持架的动力学方程;最后,建立轴承的整体平衡方程,根据轴承系统的平衡方程的特点,本文选取了Newton-Raphson(N-R)法、龙格-库塔法。对轴承整体平衡方程,采用N-R方法,对于保持架运动微分方程,采用四阶龙格-库塔法,由此求得非线性方程组的解。 2对主轴轴承运动影响因素进行分析。首先,利用球轴承动力学分析程序BBDY和编制的相关程序,对钢球与陶瓷球进行动态特性分析。分别对两种材料的滚动体的力与力矩、转速、油膜厚度和旋滚比等参数进行对比分析,研究两者之间的动态性能关系,同时与已知文献上的实际工况下的数据进行对比,验证BBDY程序的准确性;然后,分析不同轴承保持架的动态性能。分别得出球与保持架接触力、转速、保持架引导间隙和兜孔间隙变化时保持架的质心运动轨迹。根据轨迹特点,分析出保持架的动力学特点,从而得到各个动态参数与轴承的动力学寿命的关系。 3建立轴承的动力学寿命理论思想。首先,简单地介绍了轴承疲劳寿命的发展情况;然后,介绍了轴承的磨损计算方法,重点介绍了与本文相关类型的磨损的计算方法;最后,根据文章所作的计算以及结果分析,建立了轴承的动力学寿命理论的计算方法,为主轴轴承的动力学寿命的发展提供一定的理论依据。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH133.3
【图文】：

1 轴承 2 刀具机构 3 主轴 4 圆螺母 5 测速传感仪6 电机转子 7 电机定子 8 冷却套图 1-1 机床电主轴示意图由于角接触球轴承具有制造精度高、极限转速高、承载能力强，能同时承受径向和轴向等特点而被广泛地应用于高速机床主轴的支撑中，以至“主轴轴承”已经演变成特指高速精密角接触轴承。特别是陶瓷球轴承已得到大力发展（图1-2）。角接触球轴承结构简单，但轴承内部各元件的运动及所受载荷则比较复杂，特别是高速球轴承中，离心力和陀螺力矩作用的结果使轴承的运转状态发生变化，影响到轴承的变形与载荷关系，从而影响到球轴承支撑的转子系统的动力学性能。对于高速工作的轴承，如果参数设计不当或由于安装调整不好而使工作条件恶化，主轴轴承在几十小时甚至数小时之内就会失效。所以，对高速轴承进行静、动态性能分析是主轴单元设计时不可或缺的环节。对轴承性能分析，尤其是轴承的工作状态分析与寿命分析，在现代工程应用中是一项很有意义的工作。

以至“主轴轴承”已经演变成特指高速精密角接触轴承。特别是陶瓷球轴承已得到大力发展（图1-2）。角接触球轴承结构简单，但轴承内部各元件的运动及所受载荷则比较复杂，特别是高速球轴承中，离心力和陀螺力矩作用的结果使轴承的运转状态发生变化，影响到轴承的变形与载荷关系，从而影响到球轴承支撑的转子系统的动力学性能。对于高速工作的轴承，如果参数设计不当或由于安装调整不好而使工作条件恶化，主轴轴承在几十小时甚至数小时之内就会失效。所以，对高速轴承进行静、动

轴承坐标系

【引证文献】

相关硕士学位论文 前2条

1 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

2 陈建伟;高速机床主轴轴承预紧力研究[D];山东大学;2012年

本文编号：2769626