配合公差對角接觸球軸承動態(tài)特性影響規(guī)律研究及參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、電主軸是機床的核心功能部件，其功能是帶動刀具或工件旋轉，實現(xiàn)高速精密加工，其動態(tài)特性很大程度上決定了機床的性能和技術水平。角接觸球軸承作為電主軸的核心支撐部件，其公差配合、離心力變形、熱變形、彈流潤滑及結構參數(shù)等對電主軸動態(tài)特性具有重要影響，直接影響加工效率、精度和質量。目前在考慮上述綜合因素影響的軸承動態(tài)特性分析研究尚不充分，有必要對角接觸球軸承的配合公差及動態(tài)特性參數(shù)優(yōu)化進行深入研究。
　　建立了主軸與軸承內(nèi)圈及外圈與軸承座之

2、間過盈量計算的數(shù)學模型，推導了軸承配合過盈量與配合接觸角的表達式。在進一步分析套圈變形及彈流潤滑對軸承內(nèi)部溝道曲率中心與滾動體中心幾何位置關系影響的基礎上，建立了計入套圈變形和彈流潤滑影響的軸承擬靜力學修正模型。運用Newton-Raphson法處理非線性方程組，對軸承靜動態(tài)特性參數(shù)進行了分析求解。在此基礎上，采用所建立的模型研究揭示了配合過盈量對角接觸球軸承接觸角、接觸載荷、接觸應力、旋滾比和動剛度的影響規(guī)律。詳細探究了軸承在不同工作

3、轉速和預緊力條件下離心力變形、熱變形和潤滑油膜對動剛度的影響規(guī)律，克服了現(xiàn)有模型無法反映過盈量、套圈變形和彈流潤滑對軸承動態(tài)特性影響的不足。
　　開發(fā)了角接觸球軸承結構參數(shù)及動態(tài)特性優(yōu)化軟件(登記號：2014SR108520)。通過與 Gupta等典型算例對比，證實了所建模型及分析結果的有效性。借助所開發(fā)的軟件系統(tǒng)研究了滾動體材料、球徑、球數(shù)、接觸角和溝曲率系數(shù)對軸承動態(tài)特性參數(shù)的影響規(guī)律，從提高軸承剛度和壽命角度提出了優(yōu)化軸承材

4、料及結構參數(shù)的具體途徑。研究表明：在提高軸承速度、剛度性能和自潤滑能力方面，陶瓷球比鋼制球更為合適；適當減小球徑并增加球數(shù)可以提高軸承承載能力；減小接觸角可降低自旋和陀螺滑動；選用大內(nèi)溝曲率系數(shù)和小外溝曲率系數(shù)可減少摩擦熱、提高旋轉速度。
　　參與搭建了角接觸球軸承電主軸實驗臺，利用62YGC1.0-60型高速精密雕銑機電主軸進行了實驗研究。測試了角接觸球軸承轉子系統(tǒng)固有頻率，結合錘擊試驗，驗證了所建模型和分析計算方法的準確性。<