【摘要】： 高速加工是制造業(yè)發(fā)展的重要趨勢,高速機床主軸則是高速加工機床的核心功能部件。隨著加工速度的提高,對主軸系統(tǒng)的性能要求也越來越高;針對高速機床主軸,進行動態(tài)特性分析,研究高速主軸軸承的動力學(xué)壽命理論已經(jīng)成為整個機床開發(fā)工作的迫切要求。本文在國內(nèi)外高速主軸軸承動力學(xué)壽命研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,充分考慮了高速軸承各元件之間相互作用的影響因素,利用球軸承動力學(xué)分析程序,對軸承動力學(xué)壽命理論的影響因素加以分析,建立了動力學(xué)壽命的分析理論。具體的研究工作如下: 1建立主軸軸承的動力學(xué)模型。首先,假設(shè)套圈具有6個自由度的彈性體,考慮軸承套圈與球之間的法向力、工作游隙和油膜的影響,應(yīng)用彈性理論、Hertz在接觸理論和變形協(xié)調(diào)條件建立了套圈的靜力學(xué)平衡方程;然后,假設(shè)球具有6個自由度,考慮了球與滾道接觸面上的接觸力和摩擦力、接觸入口區(qū)的摩擦力、球與保持架間的作用力和油氣混合物對鋼球的阻力,應(yīng)用Hertz接觸理論和彈流潤滑理論,建立了球的擬動力學(xué)平衡方程;接著,假設(shè)保持架具有3個自由度,考慮保持架與球之間的碰撞作用力和阻尼作用力、引導(dǎo)擋邊面對保持架的作用力和保持架的攪動阻力,利用模糊碰撞理論建立了保持架的動力學(xué)方程;最后,建立軸承的整體平衡方程,根據(jù)軸承系統(tǒng)的平衡方程的特點,本文選取了Newton-Raphson(N-R)法、龍格-庫塔法。對軸承整體平衡方程,采用N-R方法,對于保持架運動微分方程,采用四階龍格-庫塔法,由此求得非線性方程組的解。 2對主軸軸承運動影響因素進行分析。首先,利用球軸承動力學(xué)分析程序BBDY和編制的相關(guān)程序,對鋼球與陶瓷球進行動態(tài)特性分析。分別對兩種材料的滾動體的力與力矩、轉(zhuǎn)速、油膜厚度和旋滾比等參數(shù)進行對比分析,研究兩者之間的動態(tài)性能關(guān)系,同時與已知文獻上的實際工況下的數(shù)據(jù)進行對比,驗證BBDY程序的準確性;然后,分析不同軸承保持架的動態(tài)性能。分別得出球與保持架接觸力、轉(zhuǎn)速、保持架引導(dǎo)間隙和兜孔間隙變化時保持架的質(zhì)心運動軌跡。根據(jù)軌跡特點,分析出保持架的動力學(xué)特點,從而得到各個動態(tài)參數(shù)與軸承的動力學(xué)壽命的關(guān)系。 3建立軸承的動力學(xué)壽命理論思想。首先,簡單地介紹了軸承疲勞壽命的發(fā)展情況;然后,介紹了軸承的磨損計算方法,重點介紹了與本文相關(guān)類型的磨損的計算方法;最后,根據(jù)文章所作的計算以及結(jié)果分析,建立了軸承的動力學(xué)壽命理論的計算方法,為主軸軸承的動力學(xué)壽命的發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TH133.3
【圖文】：

1 軸承 2 刀具機構(gòu) 3 主軸 4 圓螺母 5 測速傳感儀6 電機轉(zhuǎn)子 7 電機定子 8 冷卻套圖 1-1 機床電主軸示意圖由于角接觸球軸承具有制造精度高、極限轉(zhuǎn)速高、承載能力強，能同時承受徑向和軸向等特點而被廣泛地應(yīng)用于高速機床主軸的支撐中，以至“主軸軸承”已經(jīng)演變成特指高速精密角接觸軸承。特別是陶瓷球軸承已得到大力發(fā)展（圖1-2）。角接觸球軸承結(jié)構(gòu)簡單，但軸承內(nèi)部各元件的運動及所受載荷則比較復(fù)雜，特別是高速球軸承中，離心力和陀螺力矩作用的結(jié)果使軸承的運轉(zhuǎn)狀態(tài)發(fā)生變化，影響到軸承的變形與載荷關(guān)系，從而影響到球軸承支撐的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)性能。對于高速工作的軸承，如果參數(shù)設(shè)計不當或由于安裝調(diào)整不好而使工作條件惡化，主軸軸承在幾十小時甚至數(shù)小時之內(nèi)就會失效。所以，對高速軸承進行靜、動態(tài)性能分析是主軸單元設(shè)計時不可或缺的環(huán)節(jié)。對軸承性能分析，尤其是軸承的工作狀態(tài)分析與壽命分析，在現(xiàn)代工程應(yīng)用中是一項很有意義的工作。

以至“主軸軸承”已經(jīng)演變成特指高速精密角接觸軸承。特別是陶瓷球軸承已得到大力發(fā)展（圖1-2）。角接觸球軸承結(jié)構(gòu)簡單，但軸承內(nèi)部各元件的運動及所受載荷則比較復(fù)雜，特別是高速球軸承中，離心力和陀螺力矩作用的結(jié)果使軸承的運轉(zhuǎn)狀態(tài)發(fā)生變化，影響到軸承的變形與載荷關(guān)系，從而影響到球軸承支撐的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)性能。對于高速工作的軸承，如果參數(shù)設(shè)計不當或由于安裝調(diào)整不好而使工作條件惡化，主軸軸承在幾十小時甚至數(shù)小時之內(nèi)就會失效。所以，對高速軸承進行靜、動

軸承坐標系

【引證文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 王斌;航空發(fā)動機滾動軸承保持架動力學(xué)研究[D];沈陽航空航天大學(xué);2012年

2 陳建偉;高速機床主軸軸承預(yù)緊力研究[D];山東大學(xué);2012年

本文編號：2769626