高速数控机床主轴轴承精度及其保持性分析

发布时间：2017-05-24 09:17

  本文关键词：高速数控机床主轴轴承精度及其保持性分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：数控机床是高端装备制造业的工作母机。现代数控机床向着高速化、高精度化、智能化、柔性化、绿色化方向发展，主轴轴承作为电主轴系统的关键支撑部件，改善其精度和动力学特性成为研究的重点。对于高速数控机床主轴用角接触球轴承，主轴系统中轴承精度的丧失已取代疲劳破坏成为轴承工作性能的丧失主要形式。因此需要开展高速轴承精度及其保持性的研究。 本文围绕影响高速数控机床主轴用角接触球轴承的精度及其保持性开展研究。通过建立静力学模型，分析轴承各参数之间的联系和影响以及载荷分布和接触角的变化；在此基础上分析了轴承的运动状态，建立了拟动力学模型，分析了由于轴承离心膨胀引起的接触角和载荷的分布变化，同时分析了轴承的滚动体大小、滚动体个数、沟道曲率半径、联合载荷、初始接触角、转速、预紧方式等对轴承旋滚比、摩擦力矩和刚度的影响，研究了这些参数对轴承的磨损、轴承精度及其保持的影响；探讨了轴承寿命和轴承磨损理论，建立了轴承精度寿命模型，，并通过试验验证了轴承的旋滚比对轴承磨损的影响。 研究结果表明：随着轴承总曲率的增大，原始接触角和轴向游隙减小；原始接触角和轴向游隙随径向游隙增大而增大。在考虑离心膨胀作用时，外圈接触角减小的比不考虑时要小，内圈的接触角增大的比不考虑的时候要小，但内、外圈接触载荷比不考虑时都要大，而考虑与否对两者的差异不大。 旋滚比随转速的升高不断增大；增加轴向力可以降低轴承的旋滚比，增大径向力可增大旋滚比；相同的联合载荷下，较小的接触角的旋滚比较小；大的内、外沟曲率半径配合可使旋滚比最低。动力学软件RecurDyn对保持架质心的运动规律研究表明：转速对保持架质心运动稳定性影响较大，增大轴向力可使保持架质心在不同转速下跳动区间减小。轴承转速对摩擦力矩影响最大，联合载荷和原始接触角对轴承的摩擦力矩影响不大。在高速下，大径滚动体、小的内、外沟曲率半径配置、较小的原始接触角以及增加滚动体数目这些都利于增加轴承径向刚度；小径滚动体、大小内、外沟曲率半径交替配置、较大的原始接触角、增加滚动体数目以及定位预紧都利于增加轴承轴向刚度。 轴承的磨损导致轴承的径向游隙增大，由许用旋转精度值，得出所允许的径向游隙增量，再根据径向游隙增量得出磨损系数，之后得出磨损寿命（轴承的精度寿命），初步探讨了轴承的精度寿命问题。试验表明，随转速的提高轴承的温度升高、磨损加剧，适当增大轴向力可以降低轴承温度和径向游隙磨损量，验证了理论模型的正确性。
【关键词】：角接触球轴承 旋转精度 精度保持性 磨损 旋滚比 摩擦力矩 刚度
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG659;TH133.3
【目录】：

• 摘要2-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-10
• 1.3 课题研究的目的和意义10-11
• 1.4 课题研究的内容11
• 1.5 课题的来源11-12
• 第2章 高速角接触球轴承精度影响因素与接触理论分析12-26
• 2.1 角接触球轴承结构参数12-16
• 2.1.1 角接触球轴承节圆直径、游隙与密合度12-13
• 2.1.2 角接触球轴承接触角13-15
• 2.1.3 角接触球轴承接触点的主曲率15-16
• 2.2 角接触球轴承精度的影响因素16-18
• 2.2.1 轴承零件的形状误差16-17
• 2.2.2 表面特征17
• 2.2.3 工况条件17-18
• 2.3 角接触球轴承结构与性能分析18-19
• 2.4 角接触球轴承 Hertz 弹性接触理论与基本假设19-25
• 2.4.1 Hertz 弹性接触理论19-24
• 2.4.2 角接触球轴承基本假设24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 高速角接触球轴承运动分析与载荷分布26-48
• 3.1 高速角接触球轴承内部运动分析26-29
• 3.1.1 角接触球轴承滚动速度分析26
• 3.1.2 角接触球轴承动载荷分析26-28
• 3.1.3 角接触球轴承自转分析28-29
• 3.2 高速角接触球轴承动态分析29-34
• 3.2.1 高速角接触球轴承变形几何关系29-31
• 3.2.2 钢球力的分析31-32
• 3.2.3 高速角接触球轴承载荷与变形的关系32-34
• 3.3 高速角接触球轴承预紧变形34-35
• 3.4 计算实例35-44
• 3.4.1 高速角接触球轴承载荷与接触角变化分析35-39
• 3.4.2 高速角接触球轴承旋滚比分析39-44
• 3.5 高速角接触球轴承动力学仿真44-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第4章 高速角接触球轴承运动性能与精度关系研究48-64
• 4.1 高速角接触球轴承摩擦力矩分析48-52
• 4.1.1 轴承摩擦力矩48-50
• 4.1.2 高速角接触球轴承摩擦力矩计算分析50-52
• 4.2 高速角接触球轴承的刚度52-58
• 4.2.1 轴承轴向刚度和径向刚度52-53
• 4.2.2 高速角接触球轴承刚度计算分析53-58
• 4.3 高速角接触球轴承寿命分析58-63
• 4.3.1 轴承疲劳寿命理论58-59
• 4.3.2 轴承磨损理论分析59-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第5章 高速角接触球轴承试验与理论模型验证64-70
• 5.1 试验目的64
• 5.2 试验设备64-65
• 5.2.1 T30-60nF 型高速轴承试验台64
• 5.2.2 高速轴承试验台64-65
• 5.2.3 高速轴承试验台测量装置65
• 5.3 高速轴承试验台温度测试实验65
• 5.4 试验数据处理和分析65-69
• 5.4.1 试验数据处理65-67
• 5.4.2 试验数据分析67-69
• 5.5 本章小结69-70
• 第6章 总结与展望70-72
• 6.1 总结70-71
• 6.2 工作展望71-72
• 参考文献72-75
• 致谢75-76
• 攻读硕士学位期间的研究成果76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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4 卢刚;;浅谈滚动轴承设计制造技术及发展[J];机械研究与应用;2007年01期

5 何晓亮,熊万里,黄红武;高速精密主轴轴承热特性的计算及分析[J];机械;2003年06期

6 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

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本文编号：390382