预紧力对轴承接触状态及电主轴回转性能的影响

高速电主轴角接触球轴承的性能由转速、支承刚度、旋转精度和摩擦生热等因素决定,这些因素都直接关系到轴承在轴向预紧力作用下的接触特性。研究了轴承滚动体与滚道在轴向预紧力变化下的接触特性。提出了一种利用开尔文四线法测定轴承不同轴向预紧力下接触电阻的新方法。结果表明,随着轴承轴向预紧力的增大,接触电阻呈非线性减小。对于角接触球轴承,当轴向预紧力大于一定值时,接触电阻趋向平稳,形成"L"型曲线。进一步研究了轴向预紧力对背靠背角接触球轴承对作为大型电主轴一端支撑的旋转精度的影响。研究表明,轴承外圈径向跳动随着轴向预紧载荷的增大呈现"降-升-降"的波动趋势,反映了径向游隙变化以及背对背轴承对隔离挡圈平行度误差对轴承外圈姿态变化的综合影响。本研究为角接触球轴承作为小型电主轴和大型电主轴的支撑进行轴向预紧时预紧载荷的优化提供了技术支撑。     

角接触球轴承流固耦合仿真分析

角接触球轴承在运行过程中的润滑状况至关重要,润滑油直接影响滚动轴承的接触状态。为分析角接触球轴承的润滑状况以及考虑润滑时轴承的机械特性,基于有限元和晶格玻尔兹曼方法,建立了双向流固耦合轴承仿真模型,对角接触球轴承进行动力学有限元仿真和润滑流体仿真,并与轴承拟静力学理论计算结果进行对比,验证模型的准确性。分析结果表明,保持架与滚珠接触并撞击,在轴承腔内油膜压力最大,滚珠与内圈、外圈滚道接触区分别为第二、第三大油膜压力区。润滑油受滚珠公转影响,沿着滚珠转动方向流动,实现对滚珠与内圈、外圈和保持架之间的润滑。滚珠运动和最大接触应力仿真结果与轴承拟静力学理论求解结果一致,即流固耦合仿真模型计算轴承机械特性具有较高的准确性。     

成对角接触球轴承动刚度分析

为分析成对安装角接触球轴承的刚度特性,建立了角接触球轴承拟静力学分析模型。通过求解成对轴承的非线性方程组,计算成对轴承刚度矩阵。并以成对安装的7210C角接触球轴承为研究对象,分析在2种安装布局下转速、径向力、轴向力、预紧力对成对轴承刚度的影响,结果表明:2种安装布局下成对轴承轴向和径向刚度随转速增大而减小,背靠背安装时成对轴承角刚度远大于面对面安装时的角刚度;背靠背安装时成对轴承刚度随径向力增大而先减小后增大,面对面安装时成对轴承径向和轴向刚度随径向力增大而减小,角刚度逐渐增大;背靠背安装时成对轴承刚度随轴向力增大而先减小后增大,面对面安装时成对轴承径向刚度随轴向力增大而减小,轴向刚度先减小后增大,角刚度逐渐增大;2种安装布局下成对轴承刚度随预紧力增大而增大。     

基于摩擦生热和接触应力的角接触球轴承结构参数分析

采用轴承拟静力学分析方法建立了角接触球轴承内部载荷模型和局部法生热模型,在改变轴承主要结构参数、外载荷和转速条件下,计算了某角接触陶瓷球轴承生热和球与内外圈间的接触应力。结果表明:内、外沟曲率系数是其重要的影响参数,通过确定轴承生热、内外圈接触应力以及外载荷的范围,可以求出较优的轴承内、外沟曲率系数。     

预紧高速角接触球轴承动力学特性分析

以弹性力学理论、滚动轴承动力学分析理论和沟道控制理论为基础,建立了预紧高速角接触球轴承的动力学方程,采用Newton-Raphson迭代法进行求解,对预紧高速角接触球轴承的动力特性进行分析。实例表明:随着预紧力的增加,内接触角减小而外接触角增大,球的离心力、陀螺力矩和旋滚比减小,球与内、外圈的接触变形、接触应力、接触载荷及轴承刚度增大;定压预紧轴承动力特性参数受预紧力变化的影响较大,而定位预紧轴承的接触变形、接触应力、接触载荷及刚度等动力特性参数值较大。     

角接触球轴承刚度计算与分析

基于沟道控制理论的5自由度拟静力学模型对角接触球轴承进行建模分析,该模型综合考虑了钢球的离心力及陀螺力矩等因素的影响。在该模型的基础上针对轴承静刚度与动刚度采用不同的刚度解析法进行了理论求解,通过与参考值对比,验证了模型的正确性。并利用该模型详细分析了预紧力以及转速对轴承刚度的影响,为角接触球轴承的设计分析提供了参考。     

高速电主轴角接触球轴承热-力耦合特性研究

在高速电主轴转子系统中,角接触球轴承的工作特性受温升的影响显著,极易产生胶合。为了得到更加精确的角接触球轴承瞬态温度场,建立了考虑自旋的角接触球轴承生热及传热模型,并利用MATLAB软件得到了轴承的生热量,随后建立了轴承的三维参数化模型,并基于显示动力学理论在LS-DYNA平台上进行了热-力耦合有限元仿真分析,且对影响轴承瞬态温度场的主要因素进行了研究。研究结果表明：转速与温升呈非线性正相关;高转速下轴承温升对预紧力更加敏感;生热量随预紧力的增加逐渐增大,当施加的预紧力大于最小预紧力时,温升随预紧力增加而变大。研究可为高速电主轴轴承的设计和稳定性分析提供理论参考。     

高转速下角接触球轴承接触应力分布特征与疲劳剥落关系研究

疲劳剥落是轴承的主要失效形式之一,而轴承中滚动体与滚道间接触应力的变化是造成轴承疲劳剥落的重要因素.以角接触球轴承为研究对象,在经典拟静力学模型的基础上,考虑高转速工况下滚动体受惯性力的影响,构建轴承内部几何关系和受力平衡关系式,通过数值方法求解该模型,得到轴承在高转速工况下的特征参数,并将其与相关文献对比,验证了模型的准确性.在此基础上,分别控制轴向力、径向力以及转速,研究轴承在特定工况下接触应力的分布特征及变化情况,得到外载荷和转速的变化与轴承疲劳剥落之间的关系,为减轻轴承的疲劳剥落提供了一定的技术指导.     

角接触球轴承静态刚度计算

以Jones A B的滚道控制理论为基础,并考虑轴承在轴向负荷、径向负荷和力矩作用下的拟静力学特性,建立角接触球轴承静态刚度的数学模型,借助计算机程序完成刚度的计算。     

膜片联轴器多体接触有限元数值模拟

考虑膜片联轴器实际工作状态下的螺栓预紧力、离心力、扭矩等载荷工况,建立了膜片联轴器的整体有限元模型,采用ANSYS软件对其进行接触有限元分析,得到膜片联轴器的综合位移和等效应力云图,以及膜片组的接触应力分布曲线。通过对存在轴向偏离、径向不对中、角向不对中等安装误差的膜片联轴器的多体接触有限元仿真及对比分析,得出各种安装误差对膜片联轴器力学性能的影响规律。     

基于成对双联角接触球轴承的摩擦力矩特性分析

对影响成对双联角接触球轴承精度和平稳度的摩擦力矩特性进行了分析研究.依据研究目的要求主要采用了试验验证和计算验证结合的试验方法.首先建立了特种轴承试验台系统.然后对成对双联角接触球轴承做了工况模拟和运转状态检测.从而得出了成对双联角接触球轴承变转速,变转向,变轴向载荷,变预紧力下的摩擦力矩曲线的大小和轴承曲线波纹度.进...     

装配位置偏差对航天精密轴承磨损的影响

以航天机构中的精密球轴承为研究对象,考虑轴向预紧力和装配位置偏差,研究了航天精密轴承磨损演化规律。基于轴承静力学和Archard磨损模型,分析轴承内圈各个角位置的磨损状况,预测润滑膜磨损导致润滑失效位置。建立轴承静力学平衡方程,获得轴向预紧力与轴向位移、径向装配位置偏差与其引起径向力的关系。利用Archard磨损模型,结合各个滚珠受力和在接触区的运动状况,分析轴承不同角位置磨损的状况。分别分析轴承各角位置磨损随轴向力、径向力和磨损时间的演化规律。研究结果表明:在单考虑轴向预紧力时,内圈各角位置磨损相同,且磨损深度与轴向预紧力呈线性关系;综合考虑轴向预紧力和装配位置偏差时,装配位置偏差导致轴承内部径向力呈指数趋势变化;径向位置偏差导致内圈各角位置磨损深度差距很大;径向位置偏差增大,靠近偏差方向的位置磨损加剧,背离偏差方向的位置磨损减弱;随着磨损时间延长,各角位置的磨损深度差距越来越大;径向位置偏差导致各角位置的接触角差别很小,而是各角位置的径向力差异却较大。     

联合载荷下高速角接触球轴承动刚度分析

考虑惯性载荷,建立高速角接触球轴承拟静力学分析模型,计算轴承动刚度。以B7008C角接触球轴承为例,分析不同载荷及转速对轴承的接触状态及动刚度的影响,结果表明:较大的径向载荷,较小的轴向载荷及过高的转速会使部分球与沟道分离,接触球数量减少,对轴承轴向刚度影响较小,但会导致轴承径向刚度发生突变。     

双螺母定位预紧滚珠丝杠副轴向接触刚度分析

提出一种新的滚珠丝杠副刚度分析方法,建立螺母所受轴向力与滚道正压力之间的关系,分析滚道接触点处的法向变形与螺母相对于丝杠的轴向位移之间的关系。综合考虑滚珠、螺母和丝杠滚道的几何参数,将接触角、公称半径以及螺旋升角作为未知量,建立滚珠丝杠副接触角模型。在此基础上,根据Hertzian接触理论建立了滚珠丝杠副的轴向刚度模型,该模型综合考虑了接触角的变化与滚道正压力之间的耦合关系。根据所建立的刚度模型分别研究了单螺母滚珠丝杠副和双螺母定位预紧滚珠丝杠副的刚度特性。研究结果表明,对于几何参数相同的滚珠丝杠副,在外加轴向力较小时双螺母预紧滚珠丝杠副的刚度明显大于单螺母滚珠丝杠副,随着外加轴向力的增大它们的刚度值逐渐趋近,最后达到相同;双螺母定位预紧滚珠丝杠副的预紧力越大,初始刚度值越大。     

高速电主轴支承刚度计算及模态分析

以某型号数控磨床用高速电主轴为研究对象,基于滚动轴承静力学推导了高速电主轴常用支承—角接触球轴承计及预紧接触角变化的径向刚度和多联组配轴向刚度计算公式,结果显示该计算公式比现有文献中相关计算更准确,讨论了轴向预紧力对支承刚度的影响规律。在得到支承刚度的基础上,在ANSYS中采用弹簧单元COMBIN14模拟主轴轴承支承,基于ANSYS对主轴部件进行了不同轴向预紧力和不同转速下的模态分析,讨论了转速和轴向预紧力对电主轴模态的影响。     

航天器驱动机构轴系摩擦力矩建模与分析研究

基于接触力学、摩擦学及角接触轴承拟静力学理论,建立了固体润滑角接触轴承摩擦力矩理论计算模型,并在航天器驱动机构的边界条件下,研究了航天器驱动机构轴系摩擦力矩与预紧力之间的关系,从理论上分析了轴系预紧力对轴系摩擦力矩的影响并进行了试验验证。研究表明,固体润滑角接触轴承摩擦力矩随着轴向载荷的增大而增大,当轴系拧紧力矩达到临界值后,摩擦力矩随着拧紧力矩的增大而增大;且理论分析值和试验值的趋势一致,数值接近;说明基于拟静力学建立的摩擦力矩计算模型能较好地实现低速下的固体润滑轴承和轴系摩擦力矩预测。     

角接触球轴承的预紧技术

介绍角接触球轴承预紧的类型及工作原理，给出了预紧选择原则和确定预紧力的计算方法。对中低速组配轴承而言，其最小预紧力可承组配方式以及承受的额定外载荷确定。     

预紧高速角接触球轴承运行刚度研究

基于滚动轴承拟静力学分析理论,从微观的角度探讨定位预紧下轴承内外圈位移存在约束时其内部的动力学状态;以B7004轴承为例,分析预紧方式对角接触球轴承运行刚度的影响,并利用电涡流位移传感器、LMS数据采集分析仪等仪器,在12MD60Y6型号电主轴上进行轴承刚度测试,对理论关系进行验证。结果表明:理论值能准确描述轴承运行刚度变化规律;定位预紧相比定压预紧更能提高轴承的支承刚度。     

基于双尺度调控的电主轴轴承预紧力优化方法

为研究复杂工况条件下运行激励引起高速电主轴轴承动力学变化对轴承预紧力的影响过程,建立了一种适用于全功能高变速域的高速电主轴角接触轴承预紧力、速度和疲劳寿命耦合优化模型.提出基于轴承疲劳寿命尺度和可靠性度尺度综合控制的轴承预紧力优化方法,构建考虑滚动体滑动、自旋转、陀螺运动的轴承动力学分析方法,研究轴承预紧力与轴承运行状态的动态定量映射关系,以高速电主轴运行过程中轴承疲劳寿命为优化目标,通过可靠性影响因子和疲劳寿命影响因子的双尺度调控,实现轴承预紧力动态优化分析.分析表明:速度激励条件下可通过预紧力动态优化来实现轴承动力学特性动态控制,采用疲劳寿命尺度和可靠度尺度综合调控,可实现轴承预紧力动态定量优化.     

基于双尺度调控的电主轴轴承预紧力优化方法

为研究复杂工况条件下运行激励引起高速电主轴轴承动力学变化对轴承预紧力的影响过程,建立了一种适用于全功能高变速域的高速电主轴角接触轴承预紧力、速度和疲劳寿命耦合优化模型.提出基于轴承疲劳寿命尺度和可靠性度尺度综合控制的轴承预紧力优化方法,构建考虑滚动体滑动、自旋转、陀螺运动的轴承动力学分析方法,研究轴承预紧力与轴承运行状态的动态定量映射关系,以高速电主轴运行过程中轴承疲劳寿命为优化目标,通过可靠性影响因子和疲劳寿命影响因子的双尺度调控,实现轴承预紧力动态优化分析.分析表明:速度激励条件下可通过预紧力动态优化来实现轴承动力学特性动态控制,采用疲劳寿命尺度和可靠度尺度综合调控,可实现轴承预紧力动态定量优化.