電主軸熱態(tài)特性對軸承-轉子系統(tǒng)動力學特性的影響研究.pdf

1、高速電主軸是實現(xiàn)高速加工的核心功能部件,它的動力學特性對加工精度、刀具和軸承壽命等有著重要的影響。然而,隨著電主軸轉速和功率的不斷提高,發(fā)熱問題已成為影響電主軸軸承-轉子系統(tǒng)動力學性能的主要因素。本文以高速電主軸為研究對象,首先對其熱態(tài)特性進行理論和試驗研究,并推導了軸承內外圈及滾動體熱位移計算公式。在此基礎上,進行了計入內外圈及滾動體熱位移影響的電主軸軸承動力特性以及軸承-轉子系統(tǒng)動力學特性研究。本文的主要研究工作和獲得的結論如下:<

2、br>　　 1)基于傳熱學理論,應用有限元法分析了電主軸熱穩(wěn)定狀態(tài)下的溫度場分布及其影響岡素,并通過試驗加以驗證。計算結果表明,在熱穩(wěn)定狀態(tài)下,主軸、轉子和前后軸承的溫度較高,提高油水冷卻系統(tǒng)和油氣潤滑系統(tǒng)的冷卻效率,可有效控制軸承外圈的溫升,但對軸承內圈、滾動體及主軸溫升的影響很小。試驗結果證明了電主軸熱態(tài)特性有限元計算結果是正確的。
　　 2)應用彈性力學理論,推導了角接觸球軸承零件熱位移計算公式。計算結果顯示,軸承內圈溝

3、道的徑向熱位移最大,外圈的熱位移次之,滾動體的熱位移最小。
　　 3)應用Hertz接觸理論、滾動軸承動力學和溝道控制理論,建立了計入熱位移影響的高速角接觸球軸承基本方程,探討了計入熱位移影響的角接觸球軸承動剛度等動力特性的數(shù)值計算方法,編寫了相應程序,并結合具體算例加以分析,最后通過試驗數(shù)據(jù)加以驗證。計算結果表明,計入熱位移影響時,高速條件下角接觸球軸承內外接觸角之間的差值明顯減小,滾動體的離心力略有減小、陀螺力矩略有增大,滾

4、動體與內外圈的接觸變形、接觸應力、接觸載荷和接觸橢圓參數(shù)等明顯增大,滾動體與內圈的旋滾比明顯減小,軸承壽命大幅縮短;內外圈及滾動體的熱位移不僅補償了軸承動態(tài)剛度在高速條件下的軟化,而且使軸承剛度有了較大幅度的提高;軸承結構參數(shù)、過盈配合和預緊等不同時,熱位移對軸承動態(tài)剛度的影響程度也不同。試驗證明計入熱位移影響時角接觸球軸承動態(tài)剛度的計算值更加接近實際。
　　 4)基于軸承-轉子系統(tǒng)動力學理論,探討了軸承-轉子系統(tǒng)固有頻率和不平

5、衡響應的求解方法。結合具體算例,應用有限元法分析了熱位移引起的軸承剛度變化對電主軸軸承-轉子系統(tǒng)動力學特性影響。計算結果表明,計入軸承熱位移的影響時,電主軸軸承-轉子系統(tǒng)—階固有頻率有較大幅度的提高,而軸端不平衡響應位移有所減小;軸承熱位移對軸承-轉子系統(tǒng)—階固有頻率的影響隨轉速的增加而增大,而對軸端不平衡響應位移的影響隨著轉速的增加而減小;軸承預緊方式、支承跨距和轉子結構參數(shù)等不同時,軸承熱位移對軸承-轉子系統(tǒng)動力學特性的影響程度也不