高速立式加工中心电主轴轴承的动静性能研究

摘要

本课题是以陕西科技大学机电工程学院与宁夏中卫大河机床有限责任公司共同承担的国家重大专项“DVG850高速立式加工中心”之子课题——“高速主轴关键技术研究”为依托，以转子系统的角接触混合陶瓷球轴承为研究对象，通过对其接触问题、轴承寿命、刚度、润滑等方面的分析，为该重大专项的电主轴轴承的设计及选用提供了理论依据。
　　 接触问题分析，即接触应力和应变的计算，是混合陶瓷轴承分析的基础。本文根据传统的赫兹接触理论，对其接触问题展开了分析，并利用有限元技术，在ANSYS平台上完成了混合陶瓷轴承的建模，进而对模型的简化及边界条件的设定作了详尽的探讨及并进而求解。并将分析结果同理论计算进行了比较，证明了轴承选用的可行性。
　　 在赫兹接触分析的基础上，对轴承在低速及高速运转状态下的刚度进行了分析，总结了轴承在高、低转速下的刚度分析方法。同时，在赫兹接触分析的基础上，通过对传统钢质轴承寿命验算方法的分析，探讨了适用于混合陶瓷轴承的使用寿命的计算方法。
　　 本文还在弹性流体动力润滑理论的基础上，分析了轴承最小油膜厚度和轴承转速的关系，并对轴承的润滑情况进行了分析。最后，对轴承的摩擦力矩以及其导致的温升进行了综述性分析。并通过在加工中心上对电主轴进行测试，试验数据表明，轴承高速运转下导致的振动及温升对电主轴的影响在可以接受范围内，电主轴满足加工精度的要求。