陶瓷球轴承在高速电主轴中的应用及发展

介绍超高速切削的历史和高速加工机床的发展现状,对制造高速加工机床的关键技术一高速主轴单元,高速主轴轴承进行讨论,分析陶瓷球轴承在高速电主轴中的应用及其发展前景。     

基于轴承运行刚度分析的超高速磨削电主轴动态特性

高速电主轴正朝着高速重载与超高速轻载的方向发展,其动态特性研究是电主轴开发的关键技术之一.主轴超高速运行时轴承刚度的确定是整个研究过程的难点所在.基于滚动轴承的拟静力学模型,计算轴承的动态刚度,并考虑转速、初始预紧力、热预紧力及油膜厚度对轴承刚度的影响,确定出轴承的运行刚度.再以轴承运行刚度作为主轴支撑刚度,建立面向高速电主轴动态性能分析的参数化有限元模型,对主轴动态特性进行分析.分析结果表明,初始预紧力、砂轮悬伸长度、前后轴承跨距、前轴承对间距及电机转子内径等参数是影响磨削电主轴动态特性的关键因素.     

陶瓷轴承电主轴的模态分析及其动态性能实验

目的 通过对实验室高速精密磨床用陶瓷轴承电主轴的动态特性的研究,验证电主轴结构设计的合理性.方法 在Ansys中建立了相应的轴承-主轴系统三维有限元模型,采用了Subspace模态提取法对主轴部件进行模态分析,计算主轴前5阶固有频率、振型和临界转速,并利用锤击法对陶瓷轴承电主轴进行动态响应实验.结果 Ansys的模态分析法得出的固有频率与动态响应实验得出的频率基本一致,主轴工作转速远离其临界转速,能有效避开共振区,保证了磨床的磨削精度.结论 通过模态分析法,可以看出Ansys对电主轴的动态仿真和计算有一定的指导意义.也为下一步的谐响应分析打下基础.     

HIP-SN陶瓷轴承套圈磨削特性的实验

目的研究HIP-SN陶瓷轴承套圈的磨削特性，提出改善氮化硅陶瓷套圈磨削效率和磨削质量的关键因素和条件.方法运用INV306DF振动采集仪在线监测HIP-SN陶瓷套圈在磨削加工中的振动信号，通过扫描电镜获得了磨削表面的SEM图.结果计算出Si3N4陶瓷临界磨削深度值dc为0.004 mm.由Coinv DASP2003进行频谱分析，得到不同转速下主轴单元振动幅频图.结论在实验条件下，提高砂轮速度有助于增加塑性变形，以获得较高的去除率；通过SEM图，得出陶瓷材料的去除机理包括塑性变形和延性切削；同时，适当地减小磨削深度、提高砂轮速度，将能够实现陶瓷的延性磨削、改善工件的加工质量.     

高速卧式加工中心电主轴动态特性研究

电主轴的动态特性在很大程度上决定数控机床的加工精度和生产效率。为克服传统方法在预测主轴/轴承单元设计合理性方面的弱点,本文借助ANSYS软件对某高速卧式加工中心的电主轴进行动力学特性研究。结果表明:该电主轴的设计转速远低于其低阶模态固有频率659.90 Hz所对应的临界转速,因此能够有效避免共振;如果主轴系统因受到周期性激振力作用而产生共振,则轴承3支撑处的应力强度最大,容易出现因振动烈度过大而导致轴承工作精度丧失甚至损坏失效。     

高速电主轴热态特性的研究

主轴轴承高速下的急剧摩擦发热是影响和限制机床主轴转速和加工精度提高的主要原因．本文通过对高速电主轴热态特性的试验与研究，分析了高速下主轴轴承及主轴系统的热态特性及其影响因素，提出了改善主轴单元热态特性的措施．     

磁悬浮轴承磨床电主轴中拍振现象的分析

为减小拍振现象对高速精密磨床电主轴加工精度的影响,利用磁悬浮轴承自身的传感器及数字信号处理部件,在不外加其他设备的情况下对电主轴中的拍振进行了观察实测。通过时域、频域分析以及小波变换,提取振动信号的特征,经分析发现拍振现象是由转子机械不平衡以及转子动态偏心共同引起的。在磁悬浮轴承电主轴拍振机理的分析基础上,通过磁悬浮轴承系统的主动控制调节主轴动态特性,有针对性地对拍振现象进行抑制,可以有效改善高速精密磨床磁悬浮电主轴系统的稳定性和精密度。     

数控机床高速电主轴的性能研究

介绍了数控机床用电主轴的特性及其应用现状，分析了高速电主轴单元设计制造中的结构设计，轴承选用，动平衡等若干问题，通过电主轴的性能测试表明，该型电主轴设计合理，动，静态性能指标符合要求。     

170SD30全陶瓷电主轴有限元分析及其振动性能测试

目的 测试设计的170SD30全陶瓷电主轴进行有限元分析及振动性能,验证电主轴结构设计的合理性.方法 采用有限元软件ANSYS对其三维建模并进行了模态分析,得到其前六阶固有频率和振型,分析计算出临界转速,并对装配好的全陶瓷电主轴振动性能测试及其分析.结果 ANSYS模态分析计算结果表明主轴设计工作转速远远低于其临界转速,能有效避开共振区;全陶瓷电主轴振动性能测试结果表明在设计范围内电主轴振动平稳,同时也说明在ANSYS中对模型的简化和有限元分析结果是合理的.结论 通过模态分析法和振动性能测试表明电主轴设计是可行的,也可看出ANSYS对全陶瓷电主轴的动态仿真和结构优化有一定的指导意义,为进一步动态性能分析提供依据.     

直线电动机伺服进给系统性能实验研究

直线电动机作为高速数控机床直接伺服进给系统驱动方式,得到广泛应用．设计了基于PMAC的直线电动机伺服进给驱动单元．该伺服进给机构将直线电动机、高速电主轴、直线光栅尺、LUGE动板以及其它附件集成在一起,实现了数控磨床横向工作台和砂轮主轴系统的”零传动”．研究了直线电动机的双闭环控制技术和定位精度等问题．通过对动板有限元分析表明,电主轴压力产生的垂直变形量不会对系统运行精度产生影响;实验研究了电主轴振动和直线电动机伺服刚度对定位精度的影响,探讨了PMAC的误差补偿功能．表明该系统具有良好的动态性能以及定位精度．     

混合陶瓷球轴承高速性能的试验研究

通过对混合陶瓷轴承的温升和振动进行测试,说明混合陶瓷球轴承的温升比钢球轴承低,振动和钢球轴承相当,这表明混合陶瓷球轴承是一种高速轴承。     

润滑油黏度对高速球轴承性能及损伤的影响

为探究高速工况下润滑油黏度对轴承润滑状态及性能的影响,试验研究了Si_3N_4陶瓷和GCr15轴承钢材质的7014C型角接触球轴承在不同润滑油黏度条件下的温升和振动特性.结果表明,轴承温升及振动随润滑油黏度的增大呈现出先下降后上升的趋势,影响程度随转速的增大而增大.同时,陶瓷轴承较钢制轴承在不同润滑油黏度条件下均表现出更优越的性能.将试验结果与轴承润滑状态分析结合,讨论了润滑油黏度、润滑状态、轴承性能三者的关系,为高速角接触球轴承适用润滑油黏度的选择提供了重要依据.此外,本文还对不同润滑条件下的轴承滚动面损伤进行了分析.结果显示,全膜弹流润滑条件下,陶瓷轴承与钢制轴承滚动面损伤较小且差异不明显.部分膜弹流润滑条件下的轴承滚动面损伤严重,表面出现大量凸峰和凹谷,轴承滚动体及外滚道表面损伤较内滚道严重,钢制滚动体的表面划痕较陶瓷滚动体密且深.     

Calculation of flash temperature for hybrid ceramic ball bearing lubricated with solid

0　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＷｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ,ｈｙｂｒｉｄｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌｂｅａｒｉｎｇｓｌｕｂｒｉｃａｔｅｄｗｉｔｈｓｏｌｉｄａｒｅｗｉｄｅｌｙｅｍｐｌｏｙｅｄ[1] .Ｓｏｌｉｄｌｕｂｒｉｃａｎｔｓｕｎｌｉｋｅｌｉｑｕｉｄｌｕｂｒｉｃａｎｔｓ ,ｃａｎｎｏｔｆｏｒｍａｃｏｍｐｌｅｔｅ ,ｃｏｎ ｔｉｎｕｏｕｓｓｅｐａｒａｔｉｎｇｆｉｌｍｂｅｔｗｅｅｎｍａｔｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｓ ,ａｎｄａｓａｒｅｓｕｌｔｄｉｒｅｃｔｏ…     

氮化硅陶瓷球研磨抛光技术研究进展

氮化硅陶瓷球是重大装备中轴承的关键基础元件,球体的超精密研磨抛光质量是影响轴承性能与寿命的重要因素. 本文从加工方法的角度,总结了陶瓷球研磨抛光技术的研究进展,对不同的陶瓷球超精密复合抛光方法进行了比较分析,并提出了一种新型抛光方法,即集群磁流变抛光陶瓷球的方法. 该方法初步测试显示,经3 h的抛光,氮化硅陶瓷球的表面粗糙度Ra由50 nm下降到5 nm,球度达到0.11~0.22 μm.     

Effects of automatic variable preload device on performance of spindle

To increase the machine accuracy by improving the stiffness of bearings, a preload was applied to bearings. A variable preload technology was necessary to perform machining processes in both low and high speed regions. An automatic variable preload device was fabricated using an eccentric mass. By installing the fabricated device on a spindle, the effect of the automatic variable preload device on the performance of the spindle was analyzed. In the results of the vibration measurement of the spindle, the vibration is increased by 20%–37% according to measurement points at the maximum rotation speed of 5 000 r/min. And, in the results of the noise measurement of the spindle, the spindle rotation speed is increased by about 1.9% and 1.5% at the front and side of the spindle, respectively. Based on the results of this analysis, an improved method that reduces such effects on the performance of the spindle is proposed.     

磁力轴承高速磨削主轴结构设计

介绍了一种适用高速，甚至是超高速磨削主轴的磁力轴承，并论述了采用磁力轴承磨削主轴的优越性，结合笔者的研究工作，提出了磁力轴承磨削主轴结构的设计方法。     

高速铣床主轴⁃轴承的振动特性分析

主轴是高速铣床的核心部件,其动力学特性直接影响铣床的加工精度。以德国GMN某型高速铣床电主轴为例,采用有限元方法,建立了主轴⁃轴承系统的有限元模型,研究了主轴的固有振动特性,分析了轴承刚度对主轴固有振型和临界转速的影响。在此基础上,研究了高速主轴的不平衡响应特性,分析了不平衡量大小和位置等因素对主轴振动敏感度的影响规律,发现主轴两端不平衡响应敏感,尤其是连接刀具的一端振幅明显,研究结果可为高速机床主轴系统的动力学设计提供一定的参考。     

超高速磨削实验台主轴系统的精密调整

简述了超高速磨削的概况。对自行研制的超高速实验磨床的主轴径向间隙与轴向间隙、主轴加工精度和表面粗糙度以及轴承供油系统进行了合理的调整。适当加大轴向间隙和径向间隙,且后轴承径向间隙略大于前轴承径向间隙,可保证主轴在超高速运转时正常工作,减少振动,防止抱轴。采用工艺轴刮研轴承获得均匀的径向间隙。超高速磨床主轴与动静压轴承之间相对滑动速度较高,选用粘度较小的L-FD2主轴油,可使主轴得到良好的润滑,减少发热量。提高主轴的加工精度和降低表面粗糙度,可提高主轴的旋转精度和减少主轴的磨损。试验证明合理的选择主轴径向间隙和轴向间隙是改装超高速磨床的关键技术之一。     

Research on the Critical Speed of a Mixed-Flow Turbocharger with Hybrid Ceramic Ball Bearing

The critical speeds for a vehicle turbocharger with hybrid ceramic ball bearing are researched. The ball bearing-rotor system produces resonance when it working in critical speed and that makes the turbocharger injury working for a long time. The calculation and analysis methods of the critical speed for the vehicle turbocharger are described. The critical speed is computed by two methods including Riccati transfer matrix and DyRoBeS finite element method for a vehicle turbocharger with hybrid ceramic ball bearing. The vibration experiment had been taken to validate the calculating result. Comparison between the results by two calculation methods and the test results show that the first critical speed differences are 6.47% and 5.66%, the second critical speed differences are 2.87% and 2.94% respectively. And then, the primary factors which influence the critical speed are analyzed, the conclusions will be helpful for the vehicle turbocharger bearing-rotor system design.