機(jī)床主軸靜-動(dòng)-熱特性及其對(duì)主軸變形的影響規(guī)律研究.pdf

1、主軸作為機(jī)床的核心部件，其性能是制約機(jī)床加工效率和精度的關(guān)鍵因素。主軸受初裝預(yù)緊力的影響將產(chǎn)生接觸變形和接觸剛度，同時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速和工況變化，摩擦熱的產(chǎn)生又將改變初始變形條件對(duì)剛度產(chǎn)生進(jìn)一步影響，而剛度是決定主軸動(dòng)特性的關(guān)鍵參數(shù)。所以，變形是貫穿上述特性的重要因素，因此，把研究變形作為主要主線，以剛度為橋梁，系統(tǒng)研究主軸的靜-動(dòng)-熱特性及其對(duì)包括主軸變形規(guī)律在內(nèi)的綜合特性的影響，具有重要理論意義和工程價(jià)值。本文以過(guò)盈接觸理論、傳熱學(xué)、滾動(dòng)

2、摩擦理論和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，以機(jī)械主軸為研究對(duì)象，提出主軸預(yù)緊-接觸載荷-轉(zhuǎn)速-溫度梯度-剛度-固有頻率之間的建模理論方法，并進(jìn)行相關(guān)的仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，取得如下創(chuàng)造性成果：
　　以赫茲接觸理論為基礎(chǔ)，建立主軸軸承的擬動(dòng)力學(xué)分析模型，研究并得出主軸軸承(組)在預(yù)緊力作用下的接觸載荷、接觸位移、內(nèi)外接觸角、軸/徑向位移和剛度等在靜態(tài)和高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的變化規(guī)律。
　　基于摩擦學(xué)和傳熱學(xué)理論，建立主軸軸承系的摩擦生熱模型和機(jī)械主

3、軸熱傳遞模型，采用熱傳遞阻抗法推導(dǎo)出熱傳遞方程，并對(duì)速度、預(yù)緊力、運(yùn)動(dòng)粘度等參數(shù)對(duì)摩擦力矩的影響進(jìn)行仿真分析。
　　以過(guò)盈理論為基礎(chǔ)，建立軸承和主軸預(yù)裝的過(guò)盈變形、熱變形和高速運(yùn)轉(zhuǎn)下的離心力引起的耦合變形模型，探討耦合因素對(duì)軸承內(nèi)外溝道產(chǎn)生的變形影響，進(jìn)而對(duì)接觸載荷和剛度的影響規(guī)律。建立簡(jiǎn)化的主軸溫度平衡方程，研究熱變形對(duì)軸承游隙變化的影響、軸承球與溝道的趨近量變化規(guī)律。
　　以轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)，利用整體矩陣傳遞法，建立

4、機(jī)械主軸單元的雙轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)其動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行分析，得出軸承跨度對(duì)主軸一階固有頻率的影響規(guī)律；同時(shí)，將預(yù)緊力對(duì)剛度的影響和溫度梯度對(duì)接觸剛度的影響引入傳遞矩陣，得到修正后的具有靜-動(dòng)-熱特性的雙轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)模型，并采用該模型對(duì)預(yù)緊和溫度變化對(duì)主軸動(dòng)特性的影響規(guī)律進(jìn)行仿真分析。
　　以材料力學(xué)和彈性力學(xué)為基礎(chǔ)，建立皮帶傳動(dòng)主軸在彎矩-扭矩-熱變形綜合作用下的主軸軸心徑向變形規(guī)律模型，將皮帶傳動(dòng)主軸的軸心徑向變形分為啟動(dòng)初期的跳變