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。     

高速角接触球轴承动态刚度的分析与计算

在Hertz接触理论的基本上，结合Newton-Raphone法，针对定位、定压两种不同的预紧方式，分析计算了轴向力和径向力联合载荷作用下高速角接触球轴承的动态刚度，结果表明：定位预紧下轴向刚度和径向刚度随转速增加而增大；定压预紧下轴向刚度随转速增加而减小，径向刚度随转速增加而增大。     

高速角接触球轴承刚度计算及影响因素分析

在Jones-Harris刚度模型的基础上,建立了一个基于沟道控制理论的五自由度角接触球轴承刚度模型,该模型综合考虑了高转速下球的离心力、陀螺力矩等因素对轴承刚度的影响,应用准静态模型的增量法计算轴承刚度矩阵,并将轴承刚度的计算值与文献中试验值进行对比,验证了该模型的可靠性。在此基础上分析了轴向载荷、径向载荷、轴承转速和安装过盈量等因素对轴承刚度的影响,结果表明:随轴向载荷增大,径向刚度、轴向刚度和角刚度均增大;随径向载荷增大,轴向刚度和角刚度逐渐减小,径向刚度增大;随轴承转速增大,径向刚度减小,轴向刚度和角刚度先减小后趋于稳定;随安装过盈量增大,轴承径向刚度增大,轴向刚度和角刚度先减小后趋于稳定。     

角接触球轴承动刚度的影响因素分析

基于拟静力学建立角接触球轴承受力平衡方程,对轴承动刚度进行数值求解。并以某角接触球轴承为研究对象,分析轴承转速、球材料对轴承动刚度的影响,结果表明:随转速增大,轴承轴向和径向刚度先减小后趋于稳定;球材料变化时,轴承轴向和径向刚度随转速的变化曲线也随之改变,但总体趋势相同。     

角接触球轴承动特性的数值与试验研究

角接触球轴承的动特性对机床主轴的回转精度、可靠性及寿命等有重要影响。以弹性力学理论、滚动轴承动力学和沟道控制理论为基础,研究角接触球轴承的动特性。推导了计及过盈配合量和预紧力影响的高速角接触球轴承动刚度计算方法,并对轴承动刚度的影响因素进行了理论分析和试验验证。结果表明:随着过盈量的增大,轴向刚度逐渐减小,径向刚度则逐渐增大,外圈过盈量影响更显著;预紧力过小时,刚度会出现明显的波动现象,适当的预紧力对角接触球轴承刚度的稳定至关重要。     

热和离心位移对球轴承刚度影响的数值分析

针对高速角接触球轴承刚度影响因素多、精确预测困难的特点,基于拟静力学模型考虑了离心力、陀螺力矩、轴承套圈热变形和内套圈离心膨胀等多种因素影响,计算了轴承动态刚度,分析了工况和结构参数对轴承动态刚度的影响。分析结果表明:热和离心效应使轴承轴向刚减小,径向刚度增加,对轴承动刚度影响不容忽视;轴向和径向刚度随轴向载荷增加而增大,随径向载荷增加而减小;不考虑热和离心效应时轴向刚度随内沟曲率系数增加而明显减小,考虑热和离心效应时轴向刚度略有增加;轴向和径向刚度随外沟曲率系数增加而减小;转速和球径对轴承刚度影响较复杂,是转速和球径综合作用结果。     

角接触球轴承的温升及润滑脂性能试验

为研究脂润滑角接触球轴承温升的影响因素以及润滑脂在轴承运转中的老化过程,对7008C角接触球轴承进行了温升试验,分析了轴向预紧力、转速、室温对轴承温升的影响,并测试了不同转速、运转时间、轴向预紧力下润滑脂表观黏度及红外光谱的变化。结果表明:在一定的轴向预紧力下,轴承温升随轴向预紧力的增加呈先增加后减小再增加的趋势,轴向预紧力对润滑脂表观黏度的影响本质是对轴承温升的影响;轴承温升随着转速和室温的增加而升高,轴承内润滑脂表观黏度降低,说明润滑脂的皂纤维结构已经发生变化;随着轴承运转时间的延长,轴承内润滑脂表观黏度逐渐降低、屈服应力下降;经过长时间运转,润滑脂由于分油,颜色明显加深;短时间内,即使在高速和大轴向预紧力作用下润滑脂也没有发生化学结构的变化。     

定位预紧和定压预紧下角接触球轴承动态特性研究北大核心

为解决不同预紧方式下角接触球轴承动态特性求解精度不高的问题,以赫兹接触理论和滚道控制理论为基础,提出一种新的轴承刚度矩阵计算方法,实现了定位预紧和定压预紧下轴承刚度矩阵的全解析求解。基于该方法,针对不同预紧方式综合对比分析了预紧力、转速对轴承接触角、接触载荷和刚度的影响规律,分析结果表明:在初始预紧力相同时,定位预紧方式下轴向载荷随转速的升高而增加;在高速工况下,定位预紧状态时球与内、外圈的接触载荷比定压预紧的大;2种预紧方式下,轴承刚度均随转速增大而衰减但衰减程度不同,原因是定位预紧状态下的轴向载荷随转速增加而增大,抑制了轴承刚度的衰减。     

精密主轴轴承的选用及装配方法

角接触球轴承的结构特点是可以同时承受径向载荷和一个方向的轴向载荷,在合理预紧力作用下,可使轴承获得良好的精度及刚度,并达到较高的极限转速。介绍了机床主轴轴承的选用和配对安装方法。附图5幅,参考文献2篇。     

控制力矩陀螺转子1阶临界转速及轴向振动响应分析

基于转子动力学及谐响应理论,建立了高速转子的有限元分析模型,研究了旋转质量本体辐板倾斜角、轴承预紧力、轴承安装跨距对高速转子1阶临界转速及轴向振动响应的影响。结果表明:转子1阶临界转速随轴承预紧力的增加而增大,随轴承安装跨距的增加而减小,随旋转质量本体辐板倾斜角的增加呈先增大后减小的趋势;高速转子的放大因子随辐板倾斜角和轴承预紧力的增加而增大;轮缘的轴向振动位移响应随轴承预紧力的增加而减小,随辐板倾斜角的增加呈先减小后增大的趋势;轴承安装跨距对高速转子的放大因子和轮缘的轴向振动位移响应的影响较小。     

多列组合角接触球轴承刚度和位移量

以滚动轴承动力学分析和滚道控制理论为基础,提出了应用Powell优化算法和Newton-Raphson算法相结合的方式计算非线性方程组,给出了预紧力和转速的多列组合角接触球轴承组合刚度相应程序。对7016A5轴承DBD组合的研究结果表明:预紧力和转速与单个轴承和轴承的组合刚度及位移量呈现非线性关系。轴承的组合轴向刚度小于单个轴承的轴向刚度,其径向刚度大于单个轴承的径向刚度。为实现预定的轴承动态性能,单双侧轴承内圈的间隙量须大于两侧轴承位移量之和。     

一种考虑润滑效应的角接触球轴承接触刚度计算方法

建立了润滑工况下的高速角接触球轴承动力学模型,在滚珠与内/外圈的接触变形和接触刚度计算中,考虑高速转动中润滑油卷吸作用和挤压效应的影响,通过接触角和接触刚度的耦合迭代,得到考虑润滑效应的高速角接触球轴承轴向及径向刚度计算方法.结果表明,考虑润滑效应后,滚珠与内/外圈的接触角减小,轴承轴向/径向刚度增大;轴向载荷增加使轴向/径向刚度增大,且轴向载荷愈低,滑油作用愈明显;径向载荷增加使轴向刚度增大,径向刚度减小;滚珠数增加使轴向/径向刚度增大,且滑油作用更明显;相较4019型,4106型润滑油使轴承轴向/径向刚度增大;陶瓷滚珠轴承轴向/径向刚度比钢滚珠轴承大,且与转速呈近似线性关系.     

偏载工况下深沟球轴承力学性能和疲劳寿命分析

考虑偏载和过盈量建立深沟球轴承力学分析模型和有限元模型,以6012深沟球轴承为研究对象,通过2种模型计算的球与内圈的接触载荷和轴承径向位移对比,验证了有限元模型的正确性,并分析了径向载荷、偏载角和过盈量对球与内圈的接触载荷和接触应力、轴承径向刚度和疲劳寿命的影响,结果表明：随径向载荷增大,球与内圈的接触载荷、接触应力和轴承径向刚度均增大,轴承疲劳寿命减小;随偏载角增大,球与内圈的接触载荷变化较小,0°方位角附近的球与内圈接触应力明显增大,其余位置增大缓慢,轴承径向刚度减小,轴承疲劳寿命先增大后减小;随过盈量增大,0°方位角附近的球与内圈的接触载荷和接触应力减小,其余位置增大,轴承径向刚度先减小后增大,轴承疲劳寿命增大。     

组配角接触球轴承的预紧力及刚度

基于单套角接触球轴承轴向刚度的计算方法,利用轴承载荷、位移和刚度的相互关系确定了多联组配轴承预紧力及轴向刚度,给出了相应的计算通式.并根据两联组配轴承径向刚度计算方法,推导出多联组配轴承径向刚度计算通式.     

成对双联角接触球轴承的性能与安装使用方法

成对双联角接触球轴承主要应用于对转速、刚度要求很高的设备上,按成对轴承不同的组配方式可以承受不同方向的负荷,对预紧方式和安装使用做了必要说明。     

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。     

角接触球轴承静态刚度试验

角接触球轴承在径向、轴向以及力矩方向联合载荷作用下,内外圈将产生径向、轴向相对位移及相对倾角。这种弹性相对位移量的大小关系到轴承的使用性能。为了得到角接触球轴承静刚度,提出了角接触球轴承静刚度的测试方法。设计了测量装置,获取施加不同载荷作用下角接触球轴承的静刚度。分析结果表明:随着轴向载荷或径向载荷的增大,轴向变形或径向变形基本上呈现线性增长,轴向刚度和径向刚度呈现非线性增长;随着轴承尺寸的增大,轴承的静态刚度也增大。     

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。     

角接触球轴承在减速过程中的保持架动态特性分析

减速过程普遍存在于数控机床进给系统中,该过程转速的变化对角接触球轴承动态性能的影响甚大,然而国内外对此关注甚少。以角接触球轴承7603025为研究对象,建立了角接触球轴承的多刚体动力学模型。利用Adams软件分析了径向力、轴向力和角加速度3个工况参数对角接触球轴承减速过程中保持架的转速与质心轨迹,以及单个滚球与保持架接触力等动态特性的影响。研究结果表明,径向力的增大、轴向力的减小和角加速度的增大会导致角接触球轴承在减速过程中的滚球与保持架之间碰撞力增大,从而造成轴承打滑、保持架晃动加剧,以及保持架转速曲线波动变大。     

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。