高速角接触陶瓷球轴承预紧力分析与试验研究

发布时间：2017-10-08 18:11

  本文关键词：高速角接触陶瓷球轴承预紧力分析与试验研究

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【摘要】：高速角接触陶瓷球轴承因其性能优势,在高速机床等设备中得到了广泛的应用,成为高速加工设备的核心部件之一。在高速工况下,轴承预紧在很大程度上影响着高速主轴和轴承的性能,是近年来非常热门的探索方向,因此,对轴承预紧进行研究具有重要的实用价值。本文采用滚动轴承理论分析方法研究了高速情况下轴承预紧对轴承和主轴各项性能的影响规律,并通过高速主轴单元综合性能试验台进行了试验,主要研究内容如下： 对角接触球轴承的基本几何结构和滚动轴承分析的基本理论进行了总结,了解了轴承密合度、主曲率、曲率差等参数的计算方法。以高速角接触陶瓷球轴承为研究对象,根据Hertz接触理论,采用Matlab对赫兹理论中第一类、第二类椭圆积分进行了简化计算；对滚动轴承曲率差和第一、二类椭圆积分及椭圆率的对应关系进行了拟合；对轴承椭圆率、椭圆积分等构成的超越方程进行了求解。 以轴承基本理论为基础,建立了滚动轴承预紧力分析的静力学、拟静力学、拟动力学分析模型,讨论了各个模型的假设条件、考虑因素、受力情况、适用范围等；针对高速工况,对拟动力学分析模型中轴承滚动体和轴承整体的受力情况进行了分析,列出拟动力学基本方程组；通过Matlab编程,给出了方程组的基本求解方法和流程。 根据轴承拟动力学模型的数值计算结果,以轴承预紧力为控制因素,讨论预紧力对轴承接触角、法向载荷、轴向变形等的影响规律；总结滚动轴承刚度的分类和求解方法,对油膜厚度和油膜刚度的影响因素进行了理论研究；通过理论计算,研究轴承预紧力对轴承轴向综合刚度和径向综合刚度的影响规律等。 对高速主轴单元综合性能试验台的核心部分进行了三维建模,通过建模了解其基本结构和工作原理；利用该试验台,试验验证了高速角接触陶瓷球轴承预紧力对轴承刚度的影响规律,并且对不同主轴转速和轴承预紧力情况下主轴其他性能的变化情况进行了研究。
【关键词】：高速角接触陶瓷球轴承 拟动力学 预紧力 刚度
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 目录5-7
• CONTENTS7-9
• 摘要9-10
• ABSTRACT10-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.2 高速机床及轴承的发展现状12-16
• 1.2.1 高速机床的发展现状12-13
• 1.2.2 高速轴承的发展现状13-16
• 1.3 轴承预紧研究现状16-19
• 1.3.1 预紧的作用及分类16
• 1.3.2 预紧力控制方式16-19
• 1.3.3 轴承预紧理论研究现状19
• 1.4 滚动轴承理论分析方法19-20
• 1.5 本文主要研究内容20-23
• 第2章 滚动轴承分析理论基础23-35
• 2.1 角接触球轴承的几何关系23-25
• 2.1.1 接触角23-24
• 2.1.2 密合度24
• 2.1.3 主曲率24-25
• 2.2 滚动轴承分析的基本理论25-32
• 2.2.1 Hertz接触理论25-29
• 2.2.2 滚道控制理论29-30
• 2.2.3 弹性流体润滑理论30-31
• 2.2.4 刚性套圈假设31-32
• 2.3 滚动轴承的运动学关系32-33
• 2.3.1 坐标系的选取32-33
• 2.3.2 滚动体的运动形式33
• 2.4 本章小结33-35
• 第3章 滚动轴承预紧力分析模型的建立35-43
• 3.1 静力学分析模型35-36
• 3.2 拟静力学分析模型36-38
• 3.3 拟动力学分析模型38-41
• 3.3.1 滚动体受力38-40
• 3.3.2 受力平衡方程组及解法40-41
• 3.4 本章小结41-43
• 第4章 高速角接触陶瓷球轴承刚度特性分析43-53
• 4.1 预紧力对轴承重要参数的影响43-45
• 4.1.1 预紧力对接触角的影响43-44
• 4.1.2 预紧力对轴向变形的影响44-45
• 4.1.3 预紧力对法向接触载荷的影响45
• 4.2 轴承刚度特性分析45-52
• 4.2.1 接触刚度45-46
• 4.2.2 油膜刚度46-50
• 4.2.3 综合刚度50-52
• 4.3 本章小结52-53
• 第5章 高速主轴单元预紧力综合试验研究53-67
• 5.1 试验装置的研制53-55
• 5.1.1 试验原理53-54
• 5.1.2 试验台关键结构54-55
• 5.2 试验方案及数据测量55-59
• 5.2.1 试验方案55-56
• 5.2.2 数据测量系统56-59
• 5.3 数据整理及结果分析59-65
• 5.3.1 数据整理59-61
• 5.3.2 预紧力对轴承刚度的影响61-62
• 5.3.3 预紧力对回转精度的影响62-63
• 5.3.4 预紧力对轴向窜动的影响63-64
• 5.3.5 预紧力对温升的影响64-65
• 5.4 本章小结65-67
• 结论67-69
• 参考文献69-73
• 攻读学位期间参加的课题73-75
• 致谢75-76
• 学位论文评阅及答辩情况表76

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 安静涛;空间角接触球轴承摩擦力矩理论分析及实验研究[D];燕山大学;2016年

2 孙锟;空间角接触球轴承的预紧载荷演化机理研究[D];燕山大学;2015年

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本文编号：995506