铁路轴承套圈外圆磨床热态特性分析

摘要

铁路轴承套圈外圆磨床作为铁路轴承套圈的精密磨削装备，其热态特性直接影响到铁路轴承套圈的表面质量，因此开展铁路轴承套圈外圆磨床热态特性分析具有研究意义。本文以3MK2125型铁路轴承套圈外圆磨床为研究对象，基于有限元法完成磨床的热态特性分析和热结构设计。具体工作内容如下:
　　(1)建立3MK2125型铁路轴承套圈外圆磨床的三维数字化模型和热力学分析模型，分析了磨床中能量的传递途径和传递方式，建立了铁路轴承磨床的能量流模型。
　　(2)基于牛顿流体本构方程，推导出可倾瓦动压轴承和推力滑动轴承剪切油膜的摩擦扭矩的计算方程;根据能量守恒定律，建立可倾瓦动压轴承主轴润滑系统的热力学平衡方程。
　　(3)研究可倾瓦动压轴承砂轮主轴和工件主轴系统中热源的建模方法，计算热边界条件，建立主轴系统的热力学模型，分析计算主轴的温度分布和热位移分布，完成相关因素对主轴系统热态特性的影响研究。
　　(4)研究可倾瓦动压轴承砂轮主轴系统、工件主轴系统、切削液和导轨润滑油等因素影响下磨床整机的热态特性，计算单一因素影响下的磨床磨削热加工误差;开展实际工况下的磨床整机热态特性分析研究，计算热变形对磨床磨削加工精度的影响;开展可倾瓦动压轴承砂轮主轴系统单因素作用下磨床整机的热力学性能试验，测量砂轮主轴轴端的温升和热位移，验证本文提出的磨床热力学分析模型的准确性。
　　(5)根据磨床热态特性分析研究结果，结合磨床工作原理，系统地分析推力滑动轴承轴向位置、润滑油流量、切削液温度、导轨润滑油温度等因素对磨床热态特性的影响，并完成磨床结构热设计。
　　研究结果表明:通过测量可倾瓦轴承主轴系统砂轮端温升和热位移，看出实验值和理论结果的最大相对误差仅为18.75％，验证了本文提出的热力学模型。针对3MK2125型铁路轴承套圈外圆磨床，可倾瓦动压轴承砂轮主轴系统和切削液是影响磨削加工精度的主要因素，增大润滑油流量、降低平-V静压卸荷导轨润滑油温度、角接触球轴承选用更高粘度的润滑脂，磨床的轴向热加工误差降至80.79μm，降幅为32.88％，砂轮的修整误差降低至85.83μm，降幅为29.86％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文研究背景及意义

1．2 机床热态特性分析研究现状

1．2．1 机床热态特性分析研究方法

1．2．2 滚动轴承机床主轴热态特性分析研究

1．2．3 机床整机热态特性分析研究

1．2．4 改善机床热加工误差的措施研究

1．3 存在的问题

1．4 论文的研究内容

第二章 铁路轴承套圈外圆磨床模型建立

2．1 概述

2．2 铁路轴承套圈外圆磨床结构分析

2．2．1 铁路轴承套圈外圆磨床的结构

2．2．2 铁路轴承套圈外圆磨床磨削原理

2．3 铁路轴承套圈外圆磨床能量流模型

2．4 铁路轴承套圈外圆磨床热力学分析模型

2．5 本章小结

第三章 可倾瓦动压轴承砂轮主轴系统热态特性分析

3．1 概述

3．2 可倾瓦动压轴承砂轮主轴系统结构分析

3．3 可倾瓦动压轴承砂轮主轴系统热源及热边界条件计算

3．3．1 可倾瓦动压轴承砂轮主轴系统能量流模型

3．3．2 热源生热计算

3．3．3 热边界条件的计算

3．4 可倾瓦动压轴承砂轮主轴系统热态特性分析

3．4．1 可倾瓦动压轴承砂轮主轴系统CAD／CAE建模

3．4．2 可倾瓦动压轴承砂轮主轴系统温度分布

3．4．3 可倾瓦动压轴承砂轮主轴系统热位移分布

3．4．4 结果与讨论

3．5 本章小结

第四章 工件主轴系统热态特性分析

4．1 概述

4．2 工件主轴系统结构分析

4．3 工件主轴系统热源及热边界条件计算

4．3．1 热源生热计算

4．3．2 热边界条件的计算

4．4 工件主轴系统热态特性分析

4．4．1 工件主轴系统CAD／CAE建模

4．4．2 工件主轴系统温度分布

4．4．3 工件主轴系统热位移分布

4．5 本章小结

第五章 铁路轴承套圈外圆磨床整机热态特性分析

5．1 概述

5．2 磨床加工热误差分析

5．2．1 外圆磨削径向热误差分析

5．2．2 外圆磨削轴向热误差分析

5．3 单一热源对整机热态特性的影响

5．3．1 可倾瓦动压轴承砂轮主轴系统

5．3．2 工件主轴系统

5．3．3 “二次热源”切削液

5．3．4 平-V静压卸荷导轨润滑油

5．4 实际工况下磨床整机的热态特性

5．4．1 实际工况下整机温度分布

5．4．2 实际工况下整机热位移分布

5．4．3 实际工况下磨削热误差

5．5 本章小结

第六章 铁路轴承套圈外圆磨床热设计

6．1 概述

6．2 磨床热设计

6．2．1 可倾瓦动压轴承砂轮主轴系统热设计

6．2．2 切削液温度对加工精度的影响

6．2．3 工件主轴系统热设计

6．2．4 导轨润滑油温升对加工精度的影响

6．2．5 磨床总体热设计

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 论文总结

7．2 论文展望

致谢

参考文献

作者简介