主轴轴承预紧力自调节结构及性能研究

摘要

高速机床在低速时为了提高刚度主轴轴承需要较大的预紧力，高速时为了减小温升主轴轴承需要较小的预紧力，目前通用的两种预紧方式定位预紧和定压预紧存在着一些不足，定位预紧高速时轴承温升过高，定压预紧低速时刚性不足。因此本文希望能兼顾定位预紧和定压预紧的优势，着重研究以下内容：
　　设计了轴承预紧力随着转速而改变的自调节预紧结构，通过理论计算该结构中各构件如弹力环、专用套筒等的关键参数，仿真分析了轴承预紧力与转速之间的关系，并分析了各关键参数在不同转速下对预紧力的影响。
　　基于Hertz接触理论与拟静力学模型，分析了在该预紧系统下混合陶瓷球轴承的接触角、刚度及摩擦力矩等的变化规律，为下文轴承的温度场分析提供了理论基础。在Matlab中利用拟牛顿迭代法进行编程求解高速角接触球轴承的拟静力学非线性方程组。
　　分析了在该预紧结构下轴承在最高转速时的稳态温度场，并与定压预紧时的轴承温升进行对比，参照轴承公司给出的轴承温度上限为评价指标，适当调整轴承的预紧力或者改变冷却条件。
　　研究表明，在该预紧结构下，轴承预紧力随着转速的增加呈抛物线趋势下降。弹力环的锥角越小、端部宽度越大、端部高度越大、根部厚度越小，预紧力越小。轴承的径向刚度随着转速的增加而降低，且在低速时比定压预紧的径向刚度提高了16.6％，轴承的温度随着转速的增加而增加，且在最高速时比定压预紧下的温升降低了7.2%。说明自调节预紧更能满足新一代高速机床低速大扭矩和高速大功率的工况需求。

目录

声明

第 1章绪论

1.1 研究背景

1.2 预紧对主轴性能的影响

1.3 轴承自调节预紧的研究现状

1.4 论文的研究内容

第 2章自调节轴承预紧结构及参数设计

2.1 引言

2.2 自调节预紧结构及工作原理

2.3 自调节预紧结构中关键构件的基本参数

2.4 自调节预紧结构的预紧力与转速关系仿真计算与分析

2.5 弹力环各关键参数在不同转速对预紧力的影响

2.6 本章小结

第 3章自调节预紧对轴承动态性能的影响

3.1 引言

3.2 过盈量和预紧力对接触角的影响

3.3 计算模型

3.4非线性方程组求解

3.5计算结果与讨论

3.6 自调节预紧轴承刚度与定压预紧轴承刚度对比分析

3.7 本章小结

第 4章自调节预紧力对轴承温度的影响

4.1 引言

4.2 自调节预紧下的轴承稳态温度场分析

4.3 自调节预紧与定压预紧的轴承稳态温度场对比

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢