本文關(guān)鍵詞：機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)軸承熱特性分析及試驗(yàn)研究

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【摘要】：角接觸球軸承作為機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的主要發(fā)熱部件,其熱變形將直接影響到機(jī)床進(jìn)給精度。準(zhǔn)確預(yù)測(cè)軸承溫度場(chǎng)及熱變形量,對(duì)減少進(jìn)給系統(tǒng)的熱誤差具有重要的意義。本文從理論建模、有限元分析、試驗(yàn)驗(yàn)證、軸承組件結(jié)構(gòu)改進(jìn)四個(gè)方面對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)常用的60°角接觸球軸承的熱態(tài)特性進(jìn)行了深入的研究。首先,在角接觸球軸承擬靜力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,計(jì)算了角接觸球軸承的摩擦力矩與摩擦生熱功率,推導(dǎo)出了內(nèi)圈、外圈及滾珠上的熱載荷。分析了內(nèi)外圈相對(duì)軸向、徑向熱位移的簡(jiǎn)化計(jì)算方法,并提出了軸承熱剛度識(shí)別技術(shù)路線。然后,建立了考慮接觸熱阻的角接觸球軸承熱傳遞模型及有限元分析模型,對(duì)軸承進(jìn)行了有限元穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)溫度場(chǎng)分析,得到了軸向力及轉(zhuǎn)速對(duì)軸承溫度場(chǎng)及熱平衡時(shí)間的影響規(guī)律。通過(guò)對(duì)軸承二維模型熱-結(jié)構(gòu)耦合分析,說(shuō)明了熱變形對(duì)接觸應(yīng)力有很大的影響。進(jìn)而,設(shè)計(jì)了角接觸球軸承熱態(tài)特性測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)。模擬現(xiàn)實(shí)工況,對(duì)四組進(jìn)給系統(tǒng)常用的角接觸球軸承進(jìn)行了大量的試驗(yàn),測(cè)試軸承溫度場(chǎng)、軸向熱位移及熱平衡時(shí)間,獲得了168組有效數(shù)據(jù)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)與有限元仿真結(jié)果偏差均在10%以內(nèi),證明有限元仿真模型的正確性和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性。最后,對(duì)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)常見結(jié)構(gòu)進(jìn)行溫度場(chǎng)分析,發(fā)現(xiàn)溫度最高處位于軸承處。通過(guò)改進(jìn)軸承組件結(jié)構(gòu),實(shí)施油和油氣冷卻,不僅能降低角接觸球軸承溫度,還可明顯縮短熱平衡時(shí)間。并通過(guò)模態(tài)分析對(duì)比了進(jìn)給系統(tǒng)改進(jìn)前后的固有頻率。
【關(guān)鍵詞】：角接觸球軸承 溫度場(chǎng) 熱位移 試驗(yàn)臺(tái) 熱態(tài)特性試驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG502.3
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 緒論8-16
• 1.1 選題背景和意義8-9
• 1.1.1 課題來(lái)源及背景8
• 1.1.2 課題研究目的及意義8-9
• 1.2 角接觸球軸承熱特性研究現(xiàn)狀9-14
• 1.2.1 角接觸球軸承熱特性理論發(fā)展現(xiàn)狀9-13
• 1.2.2 角接觸球軸承熱特性仿真研究現(xiàn)狀13
• 1.2.3 角接觸球軸承熱特性試驗(yàn)測(cè)試現(xiàn)狀13-14
• 1.3 論文結(jié)構(gòu)及主要研究?jī)?nèi)容14-16
• 2 角接觸球軸承熱態(tài)特性分析與建模16-26
• 2.1 角接觸球軸承動(dòng)態(tài)特性方程16-18
• 2.2 角接觸球軸承熱載荷計(jì)算18-19
• 2.2.1 角接觸球軸承各摩擦力矩的計(jì)算18-19
• 2.2.2 角接觸球軸承摩擦生熱計(jì)算19
• 2.3 角接觸球軸承動(dòng)態(tài)特性方程求解19-22
• 2.3.1 角接觸球軸承熱載荷求解19-20
• 2.3.2 轉(zhuǎn)速及軸向力對(duì)發(fā)熱功率的影響20-21
• 2.3.3 滾珠與角接觸球軸承內(nèi)外圈接觸角的計(jì)算21
• 2.3.4 滾珠自旋角速度的計(jì)算21-22
• 2.4 角接觸球軸承熱位移的計(jì)算22-24
• 2.4.1 角接觸球軸承熱位移22-23
• 2.4.2 熱位移計(jì)算理論模型23
• 2.4.3 熱位移計(jì)算簡(jiǎn)化模型23-24
• 2.5 角接觸球軸承熱剛度定義與試驗(yàn)識(shí)別路線24-25
• 2.6 本章小結(jié)25-26
• 3 基于ANSYS的角接觸球軸承熱特性有限元仿真26-39
• 3.1 ANSYS熱分析理論26-27
• 3.2 角接觸球軸承組件仿真模型的建立27-31
• 3.2.1 角接觸球軸承組件CAD模型建立與簡(jiǎn)化27-28
• 3.2.2 角接觸球軸承熱載荷選取28
• 3.2.3 角接觸球軸承組件結(jié)合面接觸熱阻28-29
• 3.2.4 角接觸球軸承組件熱傳遞模型的建立29-30
• 3.2.5 進(jìn)給系統(tǒng)角接觸球軸承組件有限元模型30-31
• 3.3 角接觸球軸承邊界條件處理31-33
• 3.3.1 靜止面的對(duì)流換熱系數(shù)計(jì)算32
• 3.3.2 旋轉(zhuǎn)面的對(duì)流換熱系數(shù)計(jì)算32-33
• 3.4 角接觸球軸承組件穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)有限元分析33-35
• 3.4.1 角接觸球軸承組件溫度場(chǎng)分布33-34
• 3.4.2 轉(zhuǎn)速及軸向力對(duì)溫度場(chǎng)的影響34-35
• 3.5 角接觸球軸承組件瞬態(tài)溫度場(chǎng)有限元分析35-36
• 3.6 角接觸球軸承熱結(jié)構(gòu)耦合有限元分析36-38
• 3.7 本章小結(jié)38-39
• 4 角接觸球軸承熱特性測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)39-53
• 4.1 試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)要求及測(cè)試原理39-40
• 4.1.1 試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)要求39
• 4.1.2 測(cè)試原理39-40
• 4.2 角接觸球軸承熱特性參數(shù)測(cè)試裝置40-44
• 4.2.1 機(jī)械部分41-42
• 4.2.2 測(cè)試系統(tǒng)42-44
• 4.3 熱特性測(cè)試試驗(yàn)44-48
• 4.3.1 熱特性測(cè)試試驗(yàn)步驟44-46
• 4.3.2 熱特性測(cè)試試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置46-47
• 4.3.3 軸的受力變形分析47-48
• 4.4 角接觸球軸承熱特性測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果分析48-51
• 4.4.1 軸向力及轉(zhuǎn)速對(duì)角接觸球軸承溫度場(chǎng)的影響48-49
• 4.4.2 軸向力及轉(zhuǎn)速對(duì)角接觸球軸承熱位移的影響49-50
• 4.4.3 角接觸球軸承瞬態(tài)溫度場(chǎng)分析50
• 4.4.4 角接觸球軸承熱剛度試驗(yàn)值分析50-51
• 4.5 試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果的對(duì)比51-52
• 4.6 本章小結(jié)52-53
• 5 進(jìn)給系統(tǒng)角接觸球軸承散熱方式改進(jìn)53-66
• 5.1 傳統(tǒng)進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及溫度場(chǎng)分析53-55
• 5.1.1 傳統(tǒng)進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)53
• 5.1.2 傳統(tǒng)進(jìn)給系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)分析53-54
• 5.1.3 傳統(tǒng)進(jìn)給系統(tǒng)瞬態(tài)溫度場(chǎng)分析54-55
• 5.2 進(jìn)給系統(tǒng)角接觸球軸承冷卻措施55-60
• 5.2.1 進(jìn)給系統(tǒng)冷卻結(jié)構(gòu)改進(jìn)55-57
• 5.2.2 角接觸球軸承油冷卻57-59
• 5.2.3 角接觸球軸承油氣冷卻59-60
• 5.3 結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后溫度場(chǎng)比較60-63
• 5.3.1 油冷卻60-62
• 5.3.2 油氣冷卻62-63
• 5.4 結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后模態(tài)分析對(duì)比63-64
• 5.5 進(jìn)給系統(tǒng)角接觸球軸承熱態(tài)特性的改善方法64-65
• 5.6 本章小結(jié)65-66
• 6 總結(jié)與展望66-68
• 6.1 總結(jié)66-67
• 6.2 展望67-68
• 致謝68-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 附錄1 試驗(yàn)軸承溫度表73-75
• 附錄2 試驗(yàn)軸承熱位移表75-77
• 附錄3 已發(fā)表論文及參與項(xiàng)目77

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 王保民;胡赤兵;孫建仁;劉洪芹;;高速電主軸熱態(tài)特性的ANSYS仿真分析[J];蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào);2009年01期

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本文編號(hào)：1073663