定压预紧主轴轴向动态刚度特性研究

针对目前主轴动态刚度研究中存在的建模过程复杂、计算量大、忽略轴承受力分析的问题,结合理论建模及实验测试,系统研究了定压预紧主轴轴向动态刚度随轴向载荷的变化规律。基于球轴承轴向载荷与轴向变形的经验公式,建立了定压预紧主轴轴向动态刚度分析模型,理论推导出定压预紧主轴轴向动态刚度随轴向载荷的变化关系;设计了定压预紧主轴动态刚度测试实验,实现了对工作状态下主轴轴承位移量及相应轴向载荷的精确测试;求解了主轴的轴向动态刚度,并与仿真数据进行了对比。实验结果表明:在前轴承内外圈压紧方向,随着轴向力的增大,主轴的轴向刚度呈现增大趋势;在前轴承内外圈脱离方向,随着轴向力的增大,其主轴的轴向刚度先减小后趋于定值。实验结果验证了模型仿真的有效性和正确性。     

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。     

向心推力轴承轴向预紧分析

分析了向心推力轴承轴向预紧结构中的轴向载荷与套圈轴向相对位移量之间的关系,指出角接触球轴承的轴向预紧可以有效提高支永刚度;和使预紧结构不发生卸载所需施加的轴向预载荷及其公式,为轴向预紧支承的寿命和可靠性计算提供了理论基础。     

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.     

面向组合结构刚度非线性特性的等效模型

针对组合结构轴向载荷下呈现的刚度非线性特性难以计算的问题,提出了梁-双弹簧等效计算模型,研究了在包含不同材料垫片的组合结构中螺栓预紧力以及部分几何尺寸对轴向刚度非线性特性的影响.结果表明:采用铝合金垫片时,该连接组合结构的非线性特性主要表现为其轴向载荷-位移曲线在拉压状态改变时出现明显拐点;而该结构采用石墨垫片时,位移曲线在拉压阶段分别表现出非线性.相比于垫片厚度,螺栓预紧力、法兰厚度以及螺栓位置对轴向拉压刚度的影响更显著,且影响规律与所受载荷方向、垫片材料属性有关.     

汽车主锥预紧力测量机的研制

研究了汽车主锥总成装配中配对圆锥滚子轴承预紧的问题,包括轴承预紧力与轴向位移、压紧轴承的锁紧螺母拧紧力矩之间的关系,以及轴向位移量与启动摩擦力矩之间的内在联系,并计算了轴承预紧力矩和轴承启动摩擦力矩,研制出具有预紧力矩和启动摩擦力矩自动测量功能的主锥自动装配设备。设备使用后,工作正常稳定,成功地解决了主锥总成装配上的一个技术难点,大大提高了主锥总成的装配质量和生产效率。     

预紧对高速角接触球轴承动态刚度的影响

以滚动轴承动力学和沟道控制理论为基础,建立考虑预紧的高速角接触球轴承动力学模型.依据赫兹接触理论,给出考虑预紧的轴承径向刚度、轴向刚度和角刚度计算表达式.以7012/CD轴承为例,分析预紧对高速角接触球轴承动态刚度的影响.分析结果表明,定位预紧下轴承的径向刚度随转速的增大而增大,而轴向刚度和角刚度随转速的增大,先增大后减小;定压预紧下,轴承径向刚度受转速影响较小,而轴向刚度和角刚度随转速增大急剧下降.当轴承转速较高时,采用定位预紧较定压预紧可获得更高的刚度.     

双列圆锥滚子轴承动力学分析

基于滚动轴承动力学理论,建立了双列圆锥滚子轴承动力学分析模型。采用精细积分法和预估-校正Adams-Bashforth-Moulton多步法相结合的方法,对轴承非线性动力学微分方程进行求解。研究了双列圆锥滚子轴承的最大接触压力、滚子打滑率、滚子歪斜角以及轴承疲劳寿命等动态性能。分析结果表明:轴承的最大接触压力随轴向预紧量的增加呈先减小后增大的趋势,最佳预紧量随外载荷的增加而变大;滚子歪斜角随径向载荷的增加而变大,"压紧"侧的滚子歪斜角略微大于"放松"侧;轴承疲劳寿命随轴向预紧量的增加而增大直至最大值,随后迅速下降。     

双列球型轮毂轴承单元耐久性寿命计算分析

对于双列球型轮毂轴承单元数学模型,采用模拟试验载荷谱进行轮毂轴承单元耐久性寿命计算,并分析预紧载荷、侧向加速度和受载偏心距等对球型轮毂轴承单元耐久性寿命的影响。分析结果表明：适当的轴向预紧可提高轮毂轴承单元的刚性以及左右两列轴承的载荷分布均匀性,当轴向预紧量为0．02 mm 时,轮毂轴承单元的寿命达到最大值;受载偏心距的影响,使得车辆左右两侧轮毂轴承单元的寿命存在差异,一般驾驶室左侧轴承单元寿命稍高;轮胎半径的大小会同时影响轮毂轴承单元的旋转速度和加载力矩,当轮胎半径取200 mm时轴承单元寿命最长。     

角接触球轴承热特性分析及试验

为了预测并控制轴承运转过程中热态特性对进给系统精度的影响,基于球轴承拟静力学和摩擦生热理论,计算了包括自旋摩擦力矩在内的摩擦生热,分析了热传递方式,并建立了热传递模型和一种考虑接触热阻的球轴承组件有限元热结构模型。采用有限元法仿真轴承组件稳态温度场,搭建试验台测试了不同转速和载荷下轴承的稳态温度分布及轴向热位移。结果表明:转速和轴向载荷对轴承温升及轴向热位移影响较大,其中温升在10℃以内时,轴向热位移与温度线性关系明显;在温度场中,滚珠温度最高,内圈温度次之,外圈温度最低;仿真结果与测试结果相对误差在7%以内,可有效预测轴承在不同工况下的稳态温度场及轴向热位移。     

轿车轮毂轴承疲劳寿命的计算与分析

基于滚动轴承动力学分析理论,建立了双列角接触球轴承内部元件间相互作用力数学模型。利用双列滚动轴承寿命计算法,建立轿车轮毂轴承寿命计算模型。采用精细积分法和预估-校正Adams-BashforthMoulton多步相结合的算法对双列角接触球轴承作用力模型进行求解,分析轮毂轴承轴向预紧量和轮毂偏移量对轴承寿命的影响。分析结果表明:轴向预紧量的增大和轮毂偏移量由负值变化到正值均会使轴承寿命呈现先增大后减小的趋势,且存在一组最佳轴向预紧量与轮毂偏移量使得轮毂轴承寿命最大。     

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。     

主轴轴承预紧技术研究

研究主轴轴承预紧技术,为电主轴的应用与发展提供参考.介绍了径向预紧、轴向预紧、载荷和预载荷的概念和特点,分析了DF和DB两种配对方式对预载荷的影响,指出了定位预紧和定压预紧的优缺点.研究表明,轴向预紧更适合运用于机床主轴中;通过对不同配对方式的比较可知,DB方式比DF方式更适合用于高速机床主轴中.选择合理的预紧技术和适宜的配对方式,较大程度地提高了电主轴性能的发挥.     

波形套的轴向受压分析与优化设计

波形套是一种两端为直壁段、中部为外凸波形区的回转圆柱壳体结构。其轴向压力-轴向压缩位移曲线具有明显的平台段,波形套常被用于轴承的预紧、冲击吸能等。因此,波形套的轴向特性研究具有重要的工程意义。该文利用有限元软件对波形套轴向压缩的工况进行了有限元模拟,得到了轴向力-位移曲线,讨论了波形套的几何参数对其轴向特性的影响;并通过轴向压缩实验与数值计算对比,对有限元模型进行检验。最后,在有限元计算的基础上,基于第二代非劣排序遗传算法对波形套的几何参数进行了多目标优化设计,最小化等效塑性应变和最大化轴向力平台的宽度,得到了多目标优化的Pareto解集,为波形套设计优化的工程应用奠定了良好的基础。     

预紧及尺寸误差对角接触球轴承-转子振动性能的影响

通过对角接触球轴承受力分析,建立了单个滚子受力变形、滚动轴承整体受力变形、轴承承载区范围与预紧量关系的数学表达式,并在此基础上给出了考虑滚子、滚道尺寸误差,保证轴承滚子与内、外滚道全接触时的最小轴向预紧量的计算公式,建立了刚度和阻尼的计算模型。以7012C型角接触球轴承支承的Jeffcott转子为算例,计算研究了预紧量和尺寸误差对转子的振动性能的影响,计算了在不同预紧量下、有误差和无误差时的轴承振动频谱图,计算了预紧量变化对最大振幅和临界转速的影响规律曲线,并对计算结果进行了理论分析。     

非径向对称带状载荷作用下有限长圆柱体的应力和位移解

从微元体弹性力学基本方程组出发,求解有限长圆柱体在非径向对称面载荷、切向载荷和扭转载荷共同作用下任意点的应力和位移。采用分离变量法、有限Hankel变换和Fourier-Bessel级数,求得两个位移函数;将由位移函数表示的应力和位移通解代入边界条件中,求出应力和位移表达式中的未知常数。将应力和位移解析式应用于四辊轧机工作辊,得到其应力和位移沿轴向的分布情况,并对应力和位移曲线进行了分析。     

250MN钢丝预紧式主缸受力计算与模拟

为了解250 MN钢丝预紧式主缸的应力和变形情况,对其进行了理论计算和有限元模拟。结果显示,主缸筒体不管是在预紧状态还是在工作状态,由于受端部影响,其径向位移、应力是轴向位置的函数,并非沿轴向均匀分布。工作时,载荷边界线处的径向位移为0.895 mm。预紧时,距缸体端面右侧581 mm处轴向应力最大,约103.08 MPa。最大Tresca、Mises应力出现在分界线右侧781 mm的地方,Tresca应力约为332.46 MPa,Mises应力约为301.19 MPa。有限元计算结果和理论计算比较吻合,二者可相互验证。     

岸桥小车减速箱轴承外圈跟转原因分析

岸边集装箱起重机小车减速箱轴承配合公差的选取,直接影响设备的使用。选择不当,会产生轴承外圈跟转,引起外圈异常磨损而失效,降低了减速箱的使用寿命。通过岸桥各驱动机构的受力分析,以及减速箱公差配合选取,讨论了如何选择该种设备减速箱轴承的径向配合公差,以及对轴向位移及预紧力的考虑。通过分析讨论得知,轴承配合公差的选择,与设备运行的工况,受力大小和受力方向有关。另外,还应考虑轴向位移和轴向预紧力。     

不同轴向游隙下涡轮泵球轴承动态特性研究

针对不合理的轴向游隙会恶化轴承的工作环境、降低轴承寿命并影响到涡轮泵球轴承-转子系统的稳定运行的问题,根据轴向游隙与接触角间的数学关系,将轴向游隙引入轴承部件的几何分析中,并基于Hertz接触定理和各部件间的相互作用,建立了考虑轴向游隙的涡轮泵球轴承动态特性计算模型。依据部件间变形几何关系进行变量缩减,简化了解析形式刚度矩阵的建立流程,降低了迭代计算的复杂度。以涡轮泵某型号球轴承为例,对不同载荷工况下轴向游隙对接触载荷、刚度和旋滚比的影响进行计算分析。计算结果表明：当轴向游隙增大,滚球与内、外滚道间的接触载荷均会降低,轴向刚度增大,径向刚度减小,所有滚球旋滚比均会升高,各滚球旋滚比之间的差异也会增大;当轴承所受径向力较大或转速较高时,轴向游隙越大,轴承刚度和旋滚比随外载荷改变而变化的程度越明显。所建立的模型和动力学典型算例的计算结果偏差最大不超过2.02%,整体偏差较低,证明了所建立的模型在轴承动态参数计算上的有效性和稳定性,同时也表明了在数值求解及迭代矩阵建立上采取的简化措施是可行的。     

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。