高档数控机床丝杠支承轴承热特性分析及实验装置设计

发布时间：2017-05-17 00:10

  本文关键词：高档数控机床丝杠支承轴承热特性分析及实验装置设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着机床向高速、高精度方向发展,热变形对机床加工精度的影响越来越明显。丝杠支承轴承是机床中重要的功能部件,同时也是进给系统中重要的热源,因此研究轴承的热特性对机床的设计及优化具有重要意义。本文对丝杠支承轴承——接触角为60°角接触球轴承的热特性进行了研究。 建立了角接触球轴承的拟静力学模型,分析了轴承转速、轴向载荷对角接触球轴承运动及摩擦力矩的影响。在此基础上,对角接触球轴承内圈、外圈及滚珠上的热源强度进行了计算。 在对角接触球轴承传热进行分析的基础上,建立了考虑结合面接触热阻的轴承系统热传递模型及有限元模型,通过ANSYS计算了考虑接触热阻和不考虑接触热阻两种情况下轴承的温度场,通过对比,得到了结合面接触热阻对轴承温度场的影响规律。推导了角接触球轴承在定位预紧时,由轴承热变形引起的热诱导预紧力计算公式,计算了在热诱导预紧力影响下轴承最大接触应力和静刚度的变化情况。 设计了对轴承温度场进行测量的实验台,该实验台主要考虑了轴向力及转速对轴承温度场的影响,能对不同型号轴承进行实验,可以同时测量轴承内圈、外圈、轴及轴承座的温度,具有结构简单、通用性强等特点。提出了实验和有限元相结合对轴承结合面接触热阻进行识别的方法,能够对轴承内圈与轴、轴承外圈与轴承座之间的接触热阻进行识别,与以往方法相比,该方法的准确性更高、更为简单可行。
【关键词】：角接触球轴承 热特性 接触热阻 有限元 实验台
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH133.3;TG659
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目录5-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 选题的背景和意义8-9
• 1.1.1 课题背景与来源8
• 1.1.2 课题研究意义8-9
• 1.2 滚动轴承热特性研究现状9-15
• 1.2.1 滚动轴承理论的发展9-10
• 1.2.2 滚动轴承生热分析10
• 1.2.3 滚动轴承热特性研究10-12
• 1.2.4 滚动轴承热特性测试实验台12-14
• 1.2.5 当前轴承热特性研究的不足14-15
• 1.3 论文结构与主要内容15-16
• 2 角接触球轴承接触理论分析16-25
• 2.1 角接触球轴承基本结构及其特点16-17
• 2.1.1 角接触球轴承节圆直径、吻合度16
• 2.1.2 角接触球轴承初始接触角16-17
• 2.1.3 接触角为60°角接触球轴承特点17
• 2.2 角接触球轴承的曲率差、曲率和17-19
• 2.3 Hertz接触理论19-21
• 2.3.1 Hertz理论假设条件19-20
• 2.3.2 Hertz接触理论表达式20-21
• 2.4 遍历法求解a~*、b~*及δ~*21-24
• 2.4.1 遍历法原理21-22
• 2.4.2 a~*、b~*及δ~*的求解计算22-23
• 2.4.3 遍历法求解精度验证23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 3 角接触球轴承运动分析及摩擦生热计算25-37
• 3.1 角接触球轴承运动分析25-27
• 3.1.1 角接触球轴承滚珠自旋角速度26
• 3.1.2 角接触球轴承姿态角26-27
• 3.1.3 角接触球轴承滚珠自转及公转角速度27
• 3.2 角接触球轴承动态特性求解27-30
• 3.2.1 轴承滚珠受到的动力载荷27-28
• 3.2.2 轴承的动态分析28-30
• 3.3 角接触球轴承摩擦生热30-33
• 3.3.1 角接触球轴承摩擦力矩30-31
• 3.3.2 角接触球轴承摩擦生热31-33
• 3.4 实例计算33-36
• 3.4.1 滚珠自旋角速度计算33-34
• 3.4.2 滚珠与轴承内、外圈的接触角计算34-35
• 3.4.3 角接触球轴承生热计算35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 4 角接触球轴承的热特性分析37-52
• 4.1 传热理论基础37-39
• 4.1.1 热传导37-38
• 4.1.2 对流换热38-39
• 4.2 结合面接触热阻39-40
• 4.2.1 轴承外圈与轴承座之间接触热阻39-40
• 4.2.2 轴承内圈与轴之间接触热阻40
• 4.3 轴承系统热传递模型的建立40-42
• 4.3.1 轴承摩擦热的散失过程40-41
• 4.3.2 考虑轴承接触热阻的热传递模型41-42
• 4.4 轴承热特性分析42-50
• 4.4.1 单元类型的选择42-43
• 4.4.2 有限元模型的建立43-44
• 4.4.3 轴承温度场的建立44-46
• 4.4.4 轴承热位移46-47
• 4.4.5 热诱导预紧力47-49
• 4.4.6 温度场对轴承接触应力的影响49-50
• 4.4.7 温度场对轴承刚度的影响50
• 4.5 本章小结50-52
• 5 轴承温度场测量实验装置设计52-62
• 5.1 设计要求及测量原理52-53
• 5.1.1 设计要求52
• 5.1.2 测量原理52-53
• 5.2 实验台设计53-58
• 5.2.1 实验台总体结构设计53-54
• 5.2.2 实验影响因素54-55
• 5.2.3 测量轴承座的设计55-56
• 5.2.4 加载结构及轴承套的设计56-58
• 5.4 轴承温度测试系统及接触热阻识别58-61
• 5.4.1 轴承温度测试系统58-59
• 5.4.2 结合面接触热阻的识别59-61
• 5.5 本章小结61-62
• 6 结论与展望62-64
• 6.1 结论62
• 6.2 展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-69
• 附录169-74
• 附录274

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张迅雷;邵凤常;曹诚梓;;角接触球轴承静刚度的精确计算[J];轴承;1995年05期

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本文编号：372195