【摘要】：軸承是決定機床主軸系統(tǒng)剛度和工作精度的關鍵部件。在數(shù)控機床性能已確定時,選擇最優(yōu)的機床加工工藝參數(shù)組合能夠有效改善主軸軸承的運行工況,提升軸承壽命。本文以機床主軸軸承為研究對象,開展了不同工藝參數(shù)下主軸軸承溫升特性和疲勞壽命的研究,并針對主軸軸承壽命進行了工藝參數(shù)優(yōu)化。首先,分析了主軸軸承的失效形式,討論了溫度和切削力對軸承疲勞壽命的影響,給出了機床主軸軸承疲勞壽命預測方法;根據(jù)切削力與切削深度、切削速度、進給速度等加工工藝參數(shù)的力學模型,結(jié)合機床主軸的受力分析,建立了加工工藝參數(shù)與主軸軸承的疲勞壽命之間的關系。其次,基于熱力學和傳熱學的理論,對主軸軸承的生熱和傳熱進行了分析;采用有限元軟件ANSYS Workbench對主軸軸承的溫度場進行了仿真分析,研究得出不同工況下主軸軸承溫度的穩(wěn)態(tài)分布;在機械主軸軸承溫度特性試驗臺上開展了主軸軸承溫升試驗研究,對比分析了試驗結(jié)果與有限元仿真結(jié)果。再次,基于名義應力法,運用有限元分析軟件ANSYS Workbench計算了不同工藝參數(shù)對主軸軸承壽命的影響;在軸承穩(wěn)態(tài)熱分析的基礎上,綜合考慮溫度、載荷等因素,得到了熱-應力耦合作用下的主軸軸承疲勞壽命,并對有限元結(jié)果進行了分析。最后,以進給量、切削速度和切削深度這三個工藝參數(shù)為優(yōu)化變量,以切削力、主軸扭矩、切削功率和加工條件為約束,基于MATLAB平臺,采用遺傳算法,對考慮主軸軸承壽命的單目標優(yōu)化模型、考慮主軸軸承壽命與切削效率的多目標優(yōu)化模型、考慮主軸軸承壽命與單位能耗的多目標優(yōu)化模型進行尋優(yōu)求解。優(yōu)化所得結(jié)果對工藝人員選取加工工藝參數(shù)有著一定的指導作用。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH133.3
【圖文】：

圖 2. 2 切削力分解示意圖床設計手冊，切削力cF 與各分力之間的關系為：(0.35 0.40)(0.20 0.30)(1.00 1.20)z cy cx cF FF FF F 矩和切削力之間的關系為：032 10cF dT 為銑刀直徑，mm；T 為主軸扭矩， N m。3 所示為本文主軸所選刀柄的平面結(jié)構(gòu)圖，型號為 BT40，刀柄所配的立式m，主軸最大扭矩maxT 47.8N m，帶入式(2-4)得圓周銑削力max19cF 銑削分力較大經(jīng)驗值max573.6NyF ，max2294.4NxF ，max764.8NzF 軸軸線，由此可得主軸徑向力2 2max2418.5NR x zF F F 。yF 與主軸軸max max573.6NA yF F 。

南京航空航天大學碩士學位論文表 3. 5 壓縮空氣流量與強制熱對流散熱功率關系 30 36 42 48 58.62 65.09 70.49 76.53 態(tài)熱仿真承 7014C 為研究對象，其主要尺寸參數(shù)如表 3.倒圓角的結(jié)構(gòu)對計算結(jié)果影響甚小，為簡化網(wǎng)格動體和其接觸面（內(nèi)圈外表面和外圈內(nèi)表面）的可以忽略不計，因此本研究在建模的時候，去化著稱，在目前三維造型領域有著廣泛的應用三維模型如圖 3. 4 所示。

圖 3. 5 導入到 ANSYS 后的軸承模型動體均采用軸承鋼 GCr15 制造，該材料在進行相 ANSYS Workbench 軟件的自有材料數(shù)據(jù)庫中沒屬性。通過查閱相關工程材料文獻可知，GC 0.3，密度 ρ=7830kg/m3。其熱導率、熱膨脹系數(shù)表 3. 6 GCr15 軸承鋼的熱特性參數(shù)100 200 300 ） 41.0 41.1 41.6 12.3×10-612.76×10-613.44×10-613

【參考文獻】

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本文編號：2791730