高速電主軸三維熱特性分析與主軸軸承預緊機理研究.pdf

1、高速精密加工是繼數(shù)控技術之后,使制造技術產(chǎn)生第二次革命性飛躍的一項高新技術。高速精密機床是實現(xiàn)高速切削的基本前提,電主軸是高速機床的核心部件,有機床“心臟”之稱,它的性能在很大程度上決定了機床所能達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接觸理論和擬動力學為基礎,在Matlab GUI中采用Newton-Raphson算法編寫了

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

3、一個因素的增大,軸承的摩擦力矩都會增大。為了提高主軸在全速范圍內(nèi)的精度穩(wěn)定性,應適當調(diào)整主軸軸承的軸向預緊載荷,以提高主軸的旋轉精度,減少軸承內(nèi)部滾動體的陀螺與自旋滑動。
　　 高速切削中主軸因切削力的作用產(chǎn)生彈性變形較小,機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”和小接觸面的技巧,對高速電主軸進行三維建模,通過有限元分析,得出高速電主軸的溫度場特性

4、、熱變形特性以及對主軸軸承預緊變化的規(guī)律。研究表明:在散熱過程中主軸軸承熱流密度最大,對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出現(xiàn)徑向預緊效果；定壓預緊結構中,主軸的熱變形會改變主軸軸承的預緊力的分配,本文設計了可以采用前、后軸承對背對背安裝、獨立調(diào)壓預緊的結構,以保證主軸軸承在高溫下具有較好的預緊特性,提高主軸的旋轉精度,降低軸承的摩擦生熱,延長軸承的壽命；電機定子的端部溫度較高,本文提出了設置導熱性較好的定子