考虑热-变形耦合的主轴-轴承系统瞬态热特性分析

为了更准确地预测主轴-轴承系统的温度场并实时监测关键零部件的温升情况,建立了考虑热-变形耦合的轴系瞬态热网络模型。根据热弹性力学理论,推导出主轴-轴承系统在装配应力、离心应力和热应力综合作用下的径向复合变形方程,基于热网络法优选试验轴系关键部件作为温度节点,综合考虑润滑剂黏温效应及轴系径向复合应力与变形,实时修正轴系热源、热边界条件等特性参数,实现了温度场与变形的耦合分析。通过编程求解获得了不同条件下轴承的瞬态温升曲线及轴系关键热参数的瞬态特性,结果表明,主轴转速越高,轴系热平衡温度越高,平衡时间越短;迭代步长的选取只影响温升曲线的收敛时间,不影响稳态温度值。与试验数据的对比结果表明,使用该瞬态热网络模型预测轴系温度场可显著降低计算误差。     

进给系统成对安装的角接触球轴承热分析

考虑轴承的离心力、陀螺力矩等因素建立滚珠的动载荷平衡模型,利用牛顿-拉弗逊法求解.然后对轴承、丝杠轴、轴承座取温度节点,考虑轴承热节点之间的接触热阻并利用轴承内部温度变化结合润滑剂的黏温效应实时修正轴系热源发热量、热边界条件等特性参数,建立机床进给轴承系统成对安装角接触球轴承的瞬态热网络模型.利用差分矩阵结合Matlab软件数值求解预测出不同进给速度下轴承座表面等重要节点的瞬态温升曲线,分析不同转速下轴系温度场的变化.并对不同进给速度下的轴系安排实际工况下的试验验证,证明了预测模型的有效性.     

基于权重法的机床主轴可变预紧力确定方法

目的研究不同转速、载荷条件下机床主轴轴承的最佳预紧力,满足高速机床主轴全速段性能要求.方法建立基于拟静力学的轴承分析模型,计算不同转速、负荷条件下满足轴承使用寿命的最大轴向预紧力,和能够限制轴承陀螺旋转的最小轴向预紧力,得出预紧力取值的上下限.通过试验分析轴向预紧力对电主轴轴承温升和振动的影响.结果在低速范围内,轴向预紧力的变化对主轴振动和轴承温度无明显影响.在中速范围内,随着轴向预紧力增加,主轴振动有较明显减弱,轴承温度有较明显增加.在高速范围内,随着轴向预紧力增加,主轴振动大幅度减弱,轴承温度大幅度增加.结论在每个转速范围内分别引入不同的预紧力上下限权重值,得出满足高速机床主轴全速段性能要求的轴承最佳预紧力.     

非均匀预紧载荷下轴承-轴系热特性的试验研究

合理的轴承预紧是保障轴系性能的关键所在。由于生产制造和装配误差的存在,容易导致轴系中常用的定位和定压预紧方式形成非均匀预紧载荷。针对以上问题,开发了一种采用小型压电测力传感器测量预紧力、由电主轴驱动的试验平台,可用于开展非均匀预紧载荷下轴承-轴系性能试验研究。针对不同方向和大小的非均匀预紧力下的轴系热特性进行了试验,测试结果表明:1.当非均匀预紧力导致弯矩增大时,均匀预紧下该平面上外圈温度值和温升被非均匀预紧下温度值和温升完全包络。2.对比非均匀预紧力,外界环境温度和散热型式对轴系温度场有更显著的影响。受载轴承中接近热传导的区域,其温度明显低于轴承其他区域。该结果直接反映出非均匀预紧载荷对轴承-轴系热特性的影响,同时为理论研究提供了数据支持。     

机床主轴轴承热诱导预紧力及刚度计算与实验研究

为了研究机床主轴系统非均匀温升带来的热位移对轴承预紧力和动刚度的影响,建立了一种机床主轴系统热机耦合模型。在分析轴承摩擦损耗影响因素的基础上,确定了系统热载荷和边界条件,采用有限元方法求解了机床主轴瞬时温升和热变形,根据轴承载荷-位移关系式求解轴承的热诱导预紧力,基于改进的Jones模型计算了轴承径向刚度。最后,实验测定轴承预紧力,分析预紧力影响因素。理论计算与实验结果表明:在定位预紧下,主轴、隔圈、轴承座和轴承热位移会导致轴承预紧力和径向刚度的增加,且随着初始预紧力、转速和环境温度增加,预紧力变化幅值也增加。此外,局部冷却引起热位移的变化,从而改变轴承预紧力和径向刚度的变化规律。     

降低机械主轴轴承发热量的研究

目的建立机械主轴轴承遗传算法模型,研究6个影响因素对机械主轴轴承发热量的影响规律,并以降低主轴轴承发热量为目标,对机械主轴轴承进行结构优化,寻求6个影响因素的最优组合方式.方法通过建立理论模型并通过对理论模型的计算,对机械主轴轴承的发热量进行求解,并基于遗传算法,对机械主轴轴承的发热量大小与轴承预紧力、润滑油运动黏度、轴承接触角、轴承球数、轴承中径和主轴转速6个耦合因素之间的影响进行研究.结果随着轴承预紧力加大、轴承接触角减小、润滑油运动粘度增加、轴承球数减少、轴承中径增大以及主轴转速升高,主轴的发热量呈增大趋势.结论与其他方法相比,由于考虑了更多的影响因素,使用遗传算法进行解耦计算的结果更加准确,为进一步优化机械主轴热态特性提供了理论依据和指导方向.     

机床主轴-轴承系统热-力耦合模型及其动态性能研究

为了研究机床主轴系统在高速运转情况下的动态性能变化,建立了一种主轴-轴承系统的热-力耦合模型,该模型包括了主轴转子和轴承模型.采用有限元法得到主轴转子模型,该模型考虑了主轴的离心效应、陀螺力矩和轴承刚度软化效应.通过对Jones非线性轴承模型进行改进获得了轴承模型,它考虑了主轴与轴承的初始装配过盈量、离心力、温升等因素导致的轴承内圈径向变形及预紧力的变化.理论仿真结果表明:轴承内圈离心膨胀以及内外圈热膨胀会导致轴承刚度增大,而对于背靠背的轴承配置形式,热诱导预紧力会导致轴承刚度减小.此外,主轴离心效应比轴承的刚度软化对主轴-轴承系统动态特性的影响更明显.     

航空发动机主轴-轴承系统温度场分析

在对航空发动机主轴-轴承系统热力学分析基础上,对主轴-轴承系统的发热、传导、对流、辐射等进行了分析,利用热路网络热流量平衡原理,建立了相应的热平衡方程组,并用数值分析方法对系统温度场进行了数值求解。实例计算和试验测试结果对比分析表明：所选节点温度的计算值和实测值之间相差不足1．2％,反映出本文建立的航空发动机主轴-轴承系统温度场计算数学模型具有很高的精确度,完全适用于一般的主轴-轴承系统温度场理论计算与分析。     

基于压电陶瓷与柔性机构的高速机床主轴预紧控制机构设计

采用角接触轴承的机床高速主轴在转速上升过程中由于摩擦发热而使主轴温度不断上升,从而限制了机床转速范围的提高以及主轴的稳定性。预紧力的大小对机床主轴单元的工作温度有重要的影响,传统的预紧方式已不能满足高速化主轴的工作温度需要。本文选取7012C轴承为研究对象,在分析其不同转速下的最佳预紧力与轴向位移的基础上,设计一种新型预紧机构,以叠层压电陶瓷为驱动源,柔性机构为驱动机构。经仿真计算证明该预紧机构可行,其预紧机构的输出力与输出位移均可满足要求。     

滚动轴承的游隙和初始接触角

滚动轴承的游隙换算关系对滚动轴承的设计、游隙检验和轴系组合设计均有一定的实用意义,游隙与接触角对轴承的负荷分布、接触应力和寿命都有一定影响。本文引用了法向游隙的概念,对双列向心球面球轴承和双列向心球面滚子轴承的游隙关系和初始接触角作了一些分析,确定了它们之间的相互关系。     

温度影响的轴承动态预紧耦合降维方法

机床主轴承预紧状态随运行工况动态变化,但预紧力与轴承动力学特性非线性相关,根据轴承动态特性变化对预紧力实施动态优化是提高球轴承综合性能的关键.为提高主轴轴承综合性能,提出一种新的预紧力优化准则.构建了温度影响的球轴承动力学模型,分析变转速、变预紧力和变温升综合影响的球轴承动力学特性变化规律,采用主成分分析法对预紧力与轴承动态指标间的耦合关系实施动态降维优化.MATLAB仿真结果表明,在恒速和温升状态下轴承动态预紧状态与滚动体-内滚道接触载荷关系密切,其贡献率高达95.8％,该方法为球轴承动态预紧优化提供重要理论依据.     

高速紊流动静压混合轴承热效应研究

结合高速主轴单元轴承设计 ,在综合考虑润滑油紊流、惯性等情况下 ,对高速紊流动静压混合轴承的热效应进行了研究。结果表明 :过高的温升不但影响润滑剂的性质 ,而且影响轴承的几何尺寸 ,从而影响轴承的性能。     

高速轴承的动态特性试验

作者利用自己研制的高速、精密、微型轴承试验装置,研究了高速轴承的动态特性,包括转速、润滑剂粘度与数量、轴向预载、初始油量等因素对轴承摩擦力矩的影响以及温升与转速的关系。     

混合陶瓷球轴承油气润滑与预紧力的实验研究

对混合陶瓷球轴承的油气润滑和预紧进行了试验研究。具体测试了轴承预紧力、油气润滑供油量以及主轴转速对主轴温升的影响关系，确定了混合陶瓷球轴承合理的油气润滑参数和预紧力，并与钢轴承进行了试验对比。     

螺旋油楔高速主轴动静压轴承研究

提出了一种新轴承--螺旋油楔动静压轴承.该轴承的结构能加速润滑油在轴向的流动;在周向两相邻油楔之间无润滑油流动.这样轴承的温升大为降低.该轴承具有高速、低温升、高抗振性优点,是高速主轴理想的轴承.     

超高速数控精密磨床磁浮轴承主轴单元设计

介绍了磁浮轴承的优点,并提出了磁浮轴承作为磨床主轴轴承的设计方法.同时,首次提出了超高速数控外圆磨床磁浮轴承主轴单元设计方法和设计过程.并针对一台250m/s超高速外圆磨床磁浮轴承主轴单元进行了设计.经过实验证明,提出的设计方法是正确的.并指出,应用该技术的超高速磨床,虽然初期投资成本高,但其优越的使用性能使其综合效益高.该结果对我国发展高速主轴技术有一定的意义.     

高DN值轴承损伤容限设计准则

分析了航空发动机主轴承断裂的机理 ,指出在高速下轴承元件存在较大内应力 ,或轴承材料断裂韧性不足 ,有可能导致轴承元件在出现严重剥落前 ,材料内部的原始缺陷迅速扩展 ,超过临界裂纹尺寸而发生快速断裂。给出了两个高速轴承元件损伤容限设计准则 ;在实际中 ,应尽量提高轴承材料的高断裂韧性并采用先进探伤技术以加强对主轴承的监控及监测。     

油腔结构对高速动静压轴承性能的影响

研究了四种不同油腔形状的高速液体动静压轴承。研究内容包括轴承润滑油流量、承载能力、刚度、涡动频率，这四种油腔结构轴承分别是正方形油腔，三角形油腔、圆形油腔、角向小孔轴承。通过对这四种轴承性能比较出现，角向小孔轴承具有最优良的性能。将会在高速主轴单元中得到广泛应用。