基于轴承动刚度的电主轴动态特性影响因素分析

目的研究不同条件下角接触轴承动刚度对电主轴动态特性的影响,为优化主轴动态特性提供理论支持.方法基于拟动力学研究方法求解角接触轴承动态性能,建立电主轴转子系统有限元模型分析不同轴承滚珠材料和预紧力对轴承动刚度及电主轴动态特性的影响.结果钢球轴承刚度小于陶瓷球轴承,且随着转速提高,钢球轴承刚度下降较快;装配陶瓷球轴承电主轴一阶固有频率较高,工作端位移较小;随着预紧力提高,角接触轴承刚度软化效应减弱,主轴固有频率增大,轴端位移减小.结论改用陶瓷滚珠或者适当提高预紧力都能有效改善轴承动力学特性,提高电主轴固有频率,使得主轴动态特性得到优化.     

轴承陶瓷球研磨加工技术研究进展

轴承陶瓷球是陶瓷球轴承中的关键元件,对于轴承陶瓷球的研磨加工,球体的研磨方式和研磨液是影响陶瓷球加工质量和加工效率的关键因素。简述了陶瓷球成球原理,总结了陶瓷球研磨方式的研究进展,对不同的陶瓷球研磨方式进行了比较分析,并提出了一种满足批量加工的变曲率沟槽研磨方式;介绍了陶瓷球研磨液的成分及作用,综述了轴承陶瓷球研磨液的发展现状。从加工精度、批量加工和绿色制造等方面对轴承陶瓷球研磨加工技术的发展进行了展望。     

考虑滚动体误差时高速电主轴轴承的受力和寿命研究

以高速电主轴为研究对象,对支承电主轴的角接触球轴承进行了力学分析,建立了能够在考虑滚动体尺寸误差的情况下计算每一滚动体受力的计算模型。结合具体算例,在不考虑滚动体尺寸误差时,研究了轴向载荷和径向载荷对每个滚动体受力的影响,计算研究了滚动体尺寸误差对各滚动体受力及轴承寿命的影响。数值计算结果表明,滚动体存在正误差或负误差时都会改变每个滚动体的受力,都会使滚动轴承的寿命降低。研究了滚动体加工精度对电主轴支承的角接触球轴承寿命影响,得出了具体的影响曲线,结果表明,随着加工精度的降低,支承电主轴的角接触球轴承的寿命会快速下降,当精度低于G40时下降速度迅速增加。     

高速主轴用陶瓷滚动轴承

根据近年来国外高速轴承的研究成果，对混合式陶瓷球轴承的特点、陶瓷球的材料与加工、轴承结构及润滑等进行了详细论述与分析     

预紧对高速角接触球轴承疲劳寿命的影响

基于Hertz弹性接触理论、滚动轴承动力学和L-P寿命理论,建立角接触球轴承的动力学方程,采用Newton-Raphson迭代法进行求解.分析预紧力对角接触球轴承疲劳寿命的影响,结果表明:当外界条件一定时,定压预紧轴承疲劳寿命明显比定位预紧轴承疲劳寿命长,轴承内圈疲劳寿命比外圈疲劳寿命长;轴承疲劳寿命随着预紧力、转速的提高而减小,在定压预紧下轴承的疲劳寿命受预紧力的影响较大.     

高速高轴用陶瓷滚动轴承

根据近年一国外高速轴承的研究成果，对混合式陶瓷球轴承的特点，陶瓷球的材料与加工，轴承结构及润滑等进行了详细论述与分析。     

高速小型复合分子泵的轴承温度场分析

高速小型复合分子泵中的轴承为混合陶瓷球轴承,轴承在工作过程中由于摩擦力矩会产生大量的热量,影响分子泵的正常工作。采用Palmgren发热量计算模型给出了具体工况下陶瓷球轴承生热量的计算公式,应用有限元分析软件ANSYS Workbench得到了轴承的温度场分布,为陶瓷球轴承的润滑和延寿奠定基础。     

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。     

HDJD240-18/35T高速精密永磁同步电主轴

本电主轴根据《湖南省科学技术厅重点项目合同书“高速精密机床电主轴的中试开发”》的相关要求进行研制，应用了国家自然科学基金项目（No．50205008）的相关研究成果。该产品主要应用于现代高速加工机床，如加工中心、磨床、铣床、车床、钻床等。项目组对高速精密永磁同步型电主轴进行了系统的理论研究，研制成功了我国第一台高速精密永磁同步型电主轴。该电主轴集成了主轴系统动态热态特性设计、精密加工与精密装配、高速陶瓷球混合轴承、油气润滑和高速电机与驱动等技术，获得了多项国家专利。     

高速主轴陶瓷球轴承工作游隙的分析与计算

试验证明，陶瓷球轴承是一种性能优良的高速主轴轴承。因使用了陶瓷材料，对轴承进行优化设计是发挥其性能的前提。轴承的工作游隙是影响其性能的关键因素之一。陶瓷轴承的游隙选择尚无标准。本文对陶瓷球轴承的工作游隙进行了深入分析和计算，为陶瓷轴承游隙的合理选取和修正提供依据。     

Performance of High-Speed Grease Lubricated Hybrid Ceramic Ball Bearing

To simplify the lubricating system for high-speed bearings and improve its reliability, grease lubricated high-speed hybrid ceramic bearings were theoretically and experimentally researched. Bearings with an outer race of 62 mm and eleven 9.525-mm balls were investigated. Traction coefficient and flash temperature between the bearing races and the balls were calculated and the results show that the traction coefficient of Si3N4 hybrid ceramic bearings is 74% that of the steel AISI 440B ones at 30000r/min and 1750N, and the flash temperature of the hybrid bearings is 49% that of steel ones. Simulating the highspeed bearing rotational conditions, the grease lubricated hybrid ceramic ball bearings were tested and the results show that the power consumption of hybrid ceramic bearing lubricated by grease D at 24000r/min and axial load 1750N is 80% that of steel ones.     

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.     

基于电力测功和压电陶瓷加载系统的高速电主轴可靠性试验台设计

 高速数控机床的工作性能首先取决于高速主轴的性能。设计了一种基于电力测功加载系统和压电陶瓷加载系统的高速电主轴可靠性试验台,它能够完成转速为18000r/min以上的电主轴可靠性试验;实现高速电主轴的性能指标测试,如电主轴温升控制,主轴的径向跳动和轴向窜动等的测试;采用电力测功加载系统及压电陶瓷加载系统模拟主轴受力状况(包括径向力、轴向力与扭矩),实现电主轴的动态加载实验与测试;检测试验过程中的各种故障,记录试验过程中试验信息,并可进行查询,通过采集的参数数据进行可靠性分析,为提高电主轴的可靠性提供了定量数值评估平台。     

Reliability Based Design Optimization of Aero-Engine Spindle Ball Bearings

Aero-engine spindle ball bearings work in harsh conditions which are affected by relatively complex stresses. One of the key factors which affects bearing performance is its structure. In this paper,we used reliability based design optimization method to solve the structure design problem of aero-engine spindle ball bearings.Compared with the optimization design method, the value of equivalent dynamic load using reliability optimization design method was the least by MATLAB simulation. Also the design solutions show that the optimized structure possesses higher reliability than the original solution.     

单列向心球轴承引发的非线性振动分析

根据滚珠轴承结构特点,研究单列向心球轴承转子系统运行过程中由轴承支承刚度变化引起的参数振动,并分析由轴承制造误差和安装误差造成的一系列强迫振动,总结系统中轴承引起的各类非线性振动的振动频率成分,最后在120MD60Y6型号电主轴上进行振动测试,对振动信号进行滤波提纯和频谱分析,结果表明:在低速条件下,单列向心球轴承引发的各种振动频率成分所占比重较大,其幅值随着转速的增加发生细微变化,但其幅值比重急剧下降。     

高速电主轴系统的极小子样试验评估方法研究

针对数控机床这类高可靠性产品的寿命实验数据极少的情况,为了提高数控机床高速电主轴系统的可靠性寿命评估精度,基于性能退化可靠性评估的理论对高速电主轴系统进行了机械应力仿真加载试验.对高速电主轴的退化数据,借助MATLAB软件利用最小二乘法对样本的退化模型参数进行估计,得出一次伪失效寿命.应用虚拟增广法和半经验评估法相结合的可靠性评估方法对高速电主轴系统进行了可靠性评估,得出了高速电主轴系统的平均无故障寿命均值的置信区间.与单纯地采用以往的半经验评估法进行可靠性评估的结果对比,进一步提高了高速电主轴系统在试验样本极小的情况下的试验寿命评估精度,为高速电主轴系统的可靠性研究提供了更加合理有效的评估方法.     

高速电主轴热态特性的ANSYS仿真分析

分析高速电主轴的发热和散热特性,建立高速电主轴热态分析有限元模型.运用 ANSYS有限元软件,分析热稳定状态下电主轴的温度场分布以及冷却润滑系统对电主轴温升的影响.分析结果表明,提高电主轴现有冷却润滑系统的冷却效率可有效控制轴承的温升,但对转子轴的温升影响很小,要有效控制转子轴的温升和提高电主轴的精度和寿命,必须研究转子轴的冷却途径和方法.同时,仿真分析转速对电主轴温升的影响,揭示电主轴温度场分布的非线性特征,为电主轴温升的在线监测和控制提供理论依据.     

角接触球轴承打滑可靠性灵敏度分析

轴承打滑易造成轴承的早期失效,传统的轴承打滑分析方法认为轴承参数是确定的,而在实际工况中轴承参数具有随机性,从而造成较大的分析误差.针对此问题,考虑随机因素的影响,提出一个角接触球轴承打滑行为的可靠性分析模型.基于轴承拟静力学分析和试验打滑判据得到轴承的打滑临界平面,以轴承是否打滑为判别条件,建立轴承打滑的极限状态方程,采用Kriging方法进行了可靠性灵敏度分析,评价轴承各参数对打滑现象的影响程度.研究结果表明:轴承滚动体直径的变化对轴承打滑现象影响最大,轴承内、外圈沟道直径和曲率半径的变化对其影响次之,接触角的变化对其影响较小.该研究为防止轴承打滑引起早期失效提供理论依据.