基于光纤光栅传感器的机床主轴轴承热诱导预紧力研究#br#

针对机床主轴轴承预紧力测试困难、测不准的难题,基于光纤光栅（FBG）传感器实现机床主轴轴承热诱导预紧力的在线监测。建立了考虑滚动体自旋摩擦生热及轴承内外圈与主轴和轴承座之间接触热阻的主轴单元热分析模型,搭建了主轴轴承热诱导预紧力测试系统。通过仿真和实验对比分析了不同转速下主轴单元关键组件温度分布及热诱导预紧力大小。研究结果表明,FBG传感器、热敏传感器所测温度与仿真温度预测结果是一致的,验证了所提出实时测量热诱导预紧力方法的准确性及可靠性。     

机床主轴轴承热诱导预紧力自补偿方法

针对高速机床主轴轴承在主轴转速、负载及初始预紧力影响作用下,产生附加热诱导预紧力的问题,提出一种基于分离式隔圈的机床主轴轴承热诱导预紧力自补偿方法,实现了主轴轴承热诱导预紧力自补偿。首先,建立了主轴单元热结构耦合分析模型,分析了不同温度及载荷下,分离式隔圈的轴向相对位移;其次,利用高速机床主轴轴承试验平台研究了补偿前后不同主轴转速和初始预紧力下主轴单元振动和轴承温升的变化规律。结果表明,隔圈相对位移随温度成线性变化,而初始预紧力对其几乎没有影响;且采用分离式隔圈相较于传统的一体式隔圈,主轴单元振动略有增加,但轴承温升显著减小,说明所设计分离式隔圈能够有效降低热诱导预紧力。     

基于材料热特性的轴承预紧力自调节设计方法

采用滚动轴承支承的机床主轴在转速上升过程中摩擦发热产生温度变化,引起轴承预紧力变化限制了机床转速。提出材料热特性轴承预紧力自动调节方法,该方法是根据温度变化时金属材料受热伸长的特性,通过分析机床主轴转速上升时摩擦功率损耗产生的热量,建立主轴温度场模型。采用有限元计算主轴工作温升引起的热变形,按照两种金属材料受热伸长的差值,建立温差与位移关系的数学模型,并求解应用双金属材料结构设计参数。仿真计算结果表明,通过使用轴承预紧力自调节方法,可以有效地扩大机床转速范围,应用在加工中心的主轴上,主轴最高转速由2.5 kr/min 提高到了3 kr/min,取得了明显的效果。     

高速机床主轴轴承预紧力理论分析

预紧力的大小直接影响机床主轴动态特性,传统的定压预紧已不能满足现代高速化机床主轴的性能需要,预紧力可控成为主轴技术的重要发展方向.采用有限元法,完成了高速主轴系统温度场分析,给出了预紧力和轴承温升的对应关系,以推荐的轴承温升为控制目标,确定高速段轴承预紧力;以轴承的疲劳寿命为设计目标,获得低速段轴承预紧力.以某高速机床主轴为例,分析并计算了预紧力随转速变化的关系曲线,研究结果表明:高速机床主轴轴承预紧力理论分析方法可行,为机床主轴的预紧力控制提供了依据.     

加工中心机床高速主轴技术（二）

本文继《加工中心机床高速主轴技术（１）》进一步阐述加工中心机床高速主轴技术中的几个关键单元技术。如预紧力，主轴轴承与主轴轴颈的配合设计，主轴轴承的油气润滑、喷射润滑等。     

论主轴轴承的预紧力

<正> 在机床主轴的设计中,能否控制各种额定转速的温度,是一个关键性的问题。这个问题与主轴轴承的预紧力有着密切的关系。一、常见的普通排列机床主轴的轴承系统普通排列机床主轴的轴承系统(图1)包括置于主轴前端的一对相反安装的预紧单     

轴承预紧力对电主轴刚度及使用寿命的影响分析

电主轴的静刚度是其主要性能指标,是机床加工零件精度和质量的保证。轴承作为电主轴的核心支撑部件,其预紧力的增加或减小对主轴的刚度有着重要的影响,同时预紧力的变化也会影响轴承的使用寿命。为了确定轴承的最佳预紧力,通过仿真分析了预紧力的变化对主轴静刚度、固有频率以及使用寿命的影响。分析结果表明：随着预紧力的增加,主轴的静刚度和固有频率都有明显的提高,但同时降低了轴承的使用寿命。     

高速主轴轴承预紧力技术研究

高性能电主轴单元集合了精密主轴轴承技术、高速电机驱动与控制技术、油气润滑与冷却技术、高速主轴轴承预紧等相关技术,其中高速主轴轴承预紧技术是实现高性能电主轴的关键技术之一.论文着重阐述了高速主轴轴承预紧力研究的目的和意义、轴承预紧力的研究现状以及本实验室对轴承施加预紧力的研究.     

变压预紧电主轴热位移预测模型研究

为解决高速电主轴在变速过程中产生的热位移引起加工质量的问题,通过搭建变压预紧电主轴实验平台,提出一种不同预紧力下电主轴自然降速实验方法,基于能量守恒理论建立轴承摩擦生热模型,构建预紧力与轴承发热量的函数关系;在此基础上,进一步探究轴承温升导致主轴产生热位移的影响规律。分别以预紧力为1 450、1 550和1 700 N工况下,电主轴的轴承温度数据和时间作为输入,构建电主轴BP神经网络热位移预测模型。结果表明,构建的热位移预测模型能有效地预测电主轴的热位移,预测模型的残差在0.5μm以内,研究成果为高精密机床主轴热误差智能补偿提供一种新思路。     

用故障诊断方法判断机床主轴轴承的工作状态

阐述了利用轴承振动信号可判断机床主轴轴承的工作状态，通过频谱分析可对轴承进行故障诊断及预紧力确定；应用B＆K2148采集振动信号，MATLAB进行数据处理，对CKS6116型机床主轴前轴承进行了故障诊断与预紧力分析并取得了满意的效果。     

基于ANSYS的电主轴轴承预紧与过盈配合分析

运用有限元分析软件ANSYS对高速主轴进行了热-结构耦合分析。主轴热-结构耦合分析的有关边界条件数据来源于实际工况测试,分析得出主轴的热分布图、热变形图、轴承内外圈热应变分布,由这些分析结果验证了轴承预紧力和装配过盈量的合理性,热变形过大则适当改变预紧力和装配过盈量,从而改变热结构耦合分析的边界条件进而改变热结构耦合分析的结果,由结果数据比较得出最佳预紧力和装配过盈量。     

高速机床主轴轴承预紧技术分析

比较论述了机床主轴轴承轴向预紧与径向预紧的优缺点，分析了轴承外载荷与轴向预紧的关系以及配对方式所引起的附加载荷问题。对机床主轴轴承设计和应用人员有一定的参考价值。     

主轴轴承最小预紧载荷的计算

建立了高速主轴轴承定压预紧状态下钢球的力平衡方程及轴承的力平衡方程 ,并分析计算了不同径向载荷、力矩载荷和旋转速度下钢球与内圈不发生脱离的最小预紧载荷 ,结果表明 ,选择合适的预紧载荷不仅取决于主轴单元刚度和速度要求 ,而且取决于主轴轴承外加载荷。附图 4,表 1个 ,参考文献 5篇。     

高精度金刚石工具磨床主轴结构设计及有限元分析

对高精度金刚石工具磨床主轴系统进行了结构设计,分析了轴承预紧力对主轴温升和刚度的影响。分析结果表明轴承预紧力对主轴支承刚度有显著影响。在考虑轴承径向刚度和轴向刚度的基础上,研究并建立了主轴的有限元模型。利用有限元软件ANSYS对主轴单元进行了动静态特性分析,结果表明所设计的主轴系统能够满足金刚石刀具刃磨要求。     

减缓空间机械臂热预紧力的研究

通过研究隔套材料热学特性对空间机械臂热预紧力的影响,为空间机械臂热预紧力建模和解决交变温度可能诱发的失效提供理论指导。以空间机械臂中的主轴-轴承系统为研究对象,构建空间机械臂热预紧力预测模型,提出一种选取最佳隔套材料来减缓或消除空间机械臂热预紧力的方法。在不改变主轴-轴承系统结构的基础上,基于变形协调关系,依据隔套材料热学特性对热预紧力的影响规律,研究不同热膨胀系数的隔套对空间机械臂热预紧力的减缓效果。研究结果表明:施加于轴承上的轴向力增加,经轴承配合处摩擦力截留之后,预紧力依然增加;交变温度升高,航天轴承上的预紧力增加但内圈过盈量降低,与此同时分析了空间机械臂潜在失效模式。进一步研究发现:当热膨胀系数小于7×10–6 m/℃时,热膨胀系数增加,热预紧力随交变温度的变化率减小;当热膨胀系数大于8×10–6 m/℃时,热膨胀系数增加,热预紧力随交变温度的变化率增大。隔套材料热膨胀系数在7.6×10–6~7.7×10–6 m/℃之间时,交变温度引起的热预紧力被大幅度减缓或消除。     

智能测力轴承的基本原理及应用

一、前言数控机床和加工中心技术是机械加工的发展方向,它要求系统具有高速、高精度及智能化。其中智能化主要体现在：（1）工件自动检测、自动定心。（2）刀具损伤检测及自动报警换刀。（3）负载监控。（4）机床预紧力监控。智能测力轴承是在研制满足上述条件的机床过程中产生的,它是在一般轴承上作做小改动而成的,能测量主轴的轴向力、径向力及预紧力。由于它能在机床工作过程中随时测量,且使用时无须改动原机床主轴的结构,几乎不影响原主轴系统的刚度和轴承寿命。本文主要介绍机床常用角接触球轴承改制成测力轴承基本原理与应用。二…     

基于液压预紧结构主轴单元的研究

轴承预紧是提高主轴刚性和稳定性的主要手段。通过圆螺母和小轴套的配合来实现对轴承内圈的定压预紧是工程中常用的一种方法。但是这种预紧方式也有其不精确之处。与现有的轴承预紧方式不同的是:该设计以合金弹簧钢这种弹性极限高、滞弹性效应低且耐热性非常好的材料设计了一种柔性薄壁结构,并通过液压驱动的方式对主轴单元中常用的角接触球轴承的外圈来施加可控的预紧力。并在此结构的基础上,验证其作为主轴单元预紧力施力部件的可行性。并以轴承的温升为目标,研究主轴单元中角接触球轴承的温升跟转速和轴向预紧力之间的关系。     

带有浮动变位轴承的高速主轴系统轴承生热研究

为揭示带有浮动变位轴承的主轴系统中轴承摩擦生热规律,基于主轴系统模型与轴承热功率模型,计算了浮动变位轴承不同径向游隙、外圈沟曲率半径系数以及主轴转速、轴承预紧力下主轴系统各轴承摩擦热功率,结果表明:浮动变位轴承的径向游隙、外圈沟曲率半径系数以及角接触球轴承的预紧力显著影响系统中各轴承的滑动摩擦热功率;主轴转速对轴承滑动摩擦热功率和总摩擦热功率有较为显著的影响;由润滑剂黏滞阻力产生的摩擦热功率是轴承总摩擦热功率的主要来源。     

轴承预紧力测试装置的研制

自行研制了轴承预紧力测试装置,该装置包括轴和轴承系统、加载装置、传感器和数据测量与采集系统.通过该装置可以精确测量出轴承实际所承受的轴向预紧力,还可以测量多种跨距下轴承预紧力.该测量装置提高了预紧力的测量精度,减小了劳动强度.     

测力轴承的原理及应用

测力轴承可由一般轴承作微小改动而成。装在机床主轴上,能测量主轴的轴向力、径向力和预紧力,监控刀具的磨损、断刀、卡刀和崩刃。文中主要介绍机床常用角接触球轴承改制成测力轴承的原理、制作、数据处理及应用。附图7幅,参考文献3篇。