高速電主軸三維熱特性分析與主軸軸承預(yù)緊機(jī)理研究.pdf

1、高速精密加工是繼數(shù)控技術(shù)之后,使制造技術(shù)產(chǎn)生第二次革命性飛躍的一項(xiàng)高新技術(shù)。高速精密機(jī)床是實(shí)現(xiàn)高速切削的基本前提,電主軸是高速機(jī)床的核心部件,有機(jī)床“心臟”之稱,它的性能在很大程度上決定了機(jī)床所能達(dá)到的加工精度和生產(chǎn)效率。
　　 高速精密角接觸球軸承是高速電主軸最常用的支承元件,具有良好的高速性能和支承剛性。本文以角接觸球軸承的Hertz接觸理論和擬動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ),在Matlab GUI中采用Newton-Raphson算法編寫了

2、求角接觸球軸承的擬動(dòng)力學(xué)非線性方程組的計(jì)算程序,分析了角接觸球軸承定壓、定位預(yù)緊中的接觸角、旋滾比、摩擦力矩、接觸剛度、軸承位移的速度特性規(guī)律,并對(duì)角接觸球軸承的調(diào)壓預(yù)緊機(jī)理進(jìn)行了深入的研究。研究表明:電主軸的主軸軸承在定壓、定位預(yù)緊結(jié)構(gòu)中徑向剛度會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的提高而增大,軸向剛度在定壓預(yù)緊中隨著轉(zhuǎn)速的提高而減小,在定位預(yù)緊中隨著轉(zhuǎn)速的提高先增大后減小。在調(diào)壓預(yù)緊中,增大軸承軸向預(yù)緊載荷可以增大軸承的徑向和軸向剛度。在轉(zhuǎn)速和軸向預(yù)緊力中任

3、一個(gè)因素的增大,軸承的摩擦力矩都會(huì)增大。為了提高主軸在全速范圍內(nèi)的精度穩(wěn)定性,應(yīng)適當(dāng)調(diào)整主軸軸承的軸向預(yù)緊載荷,以提高主軸的旋轉(zhuǎn)精度,減少軸承內(nèi)部滾動(dòng)體的陀螺與自旋滑動(dòng)。
　　 高速切削中主軸因切削力的作用產(chǎn)生彈性變形較小,機(jī)床工作誤差主要由主軸系統(tǒng)熱變形引起。本文在ANSYS中考慮了角接觸球軸承油膜及接觸的熱阻,采用軸承有限元分析內(nèi)“靜擬動(dòng)”和小接觸面的技巧,對(duì)高速電主軸進(jìn)行三維建模,通過(guò)有限元分析,得出高速電主軸的溫度場(chǎng)特性

4、、熱變形特性以及對(duì)主軸軸承預(yù)緊變化的規(guī)律。研究表明:在散熱過(guò)程中主軸軸承熱流密度最大,對(duì)主軸的散熱影響較大,主軸軸承的內(nèi)圈溫度較高,在溫升作用下軸承會(huì)出現(xiàn)徑向預(yù)緊效果；定壓預(yù)緊結(jié)構(gòu)中,主軸的熱變形會(huì)改變主軸軸承的預(yù)緊力的分配,本文設(shè)計(jì)了可以采用前、后軸承對(duì)背對(duì)背安裝、獨(dú)立調(diào)壓預(yù)緊的結(jié)構(gòu),以保證主軸軸承在高溫下具有較好的預(yù)緊特性,提高主軸的旋轉(zhuǎn)精度,降低軸承的摩擦生熱,延長(zhǎng)軸承的壽命；電機(jī)定子的端部溫度較高,本文提出了設(shè)置導(dǎo)熱性較好的定子