联合载荷下角接触球轴承静态接触特性分析

针对角接触球轴承结构进行静态接触特性分析,研究了联合载荷对结构接触特性的影响机制。依据赫兹接触理论,设定了求解接触应力与接触角的计算方法;利用ANSYS软件建立了角接触球轴承结构模型,并提出了加载方案及约束的设定方法;将仿真结果与赫兹理论结果进行对比,验证了本文建模方法、加载方式的正确性。最后,利用本文模型探讨了联合载荷下的接触应力、接触应变、接触角、接触椭圆的变化规律及影响,为复杂加载工况下轴承的设计及应用提供工程分析参考。     

混合预紧下高速电主轴涡动频率的理论研究

为了有效预测并控制高速电主轴的支撑刚度和临界转速,建立了角接触球轴承在混合预紧机理下的数值计算模型,对主轴系统进行有限元建模,耦合轴承组模型与转轴模型构成转轴-轴承模型.通过对整体模型计算获得主轴系统的动态特性参数,将结果反代入整体模型,进而进行循环迭代,从而研究主轴涡动频率.制定转轴-轴承模型动力学计算流程,研究了电主轴在不同工况下轴承支撑刚度和涡动频率等动态特性.理论计算结果表明:与传统计算方法相比,所建模型计算电主轴在高速运转时的动态特性具有更高精度.采用合理的预紧方式和预紧力有利于提高主轴系统在高速运转时的临界频率.     

薄壁角接触球轴承轴向刚度分析及其实验

针对薄壁角接触球轴承刚度分析中的多体接触协调变形的情况,以71718轴承为例进行了薄壁角接触球轴承的轴向刚度特性研究．根据单元大小对分析结果的影响确定合理的单元尺寸;利用所确定的单元尺寸建立71718轴承的三维有限元模型,并对其轴向刚度进行分析;搭建轴承轴向刚度测试平台,并利用该平台对71718的轴向刚度进行测试．实验结果与分析结果的对比可知,利用Hertz解析解计算时误差较大,利用有限元法得到的解与实际测试结果误差在10％以内．     

角接触球轴承热力学耦合模型与分析方法

接触球轴承运行时,其力学性能与热态特性之间存在高度耦合与交互,轴承热预紧力在这一过程中起着桥梁连接作用。在研究角接触球轴承非线性力学性能与热效应耦合机制的过程中,分析了结合面接触热阻、油气润滑及周边组件换热等边界条件对轴承热态特性的影响,提出了一种角接触球轴承热力学耦合分析方法,并基于多软件协同计算平台建立了轴承热力学耦合模型。在轴承实验平台上,借助热巡检仪,利用轴承套表面开设的测温工艺孔实施了温度实验,对轴承热力学耦合模型的仿真计算结果进行了验证。该模型可用于预测角接触球轴承在不同转速下热预紧力的变化规律,分析比较热预紧力对轴承运行刚度的影响。     

基于Hertz接触的滚珠直线导轨副接触刚度建模与分析

为建立滚珠直线导轨副接触刚度模型,基于Hertz接触理论对滚珠和滚道的接触面进行了力学与变形分析.考虑了承载前后滚珠接触角的变化,得到了单个滚珠所受接触力与弹性变形之间的关系,在此基础上得到整个导轨所受外载荷同弹性变形的关系.以NSK滚珠直线导轨为研究对象,对所建立的模型进行仿真分析.计算了导轨在不同预紧力情况下的临界载荷,分析了外载荷在临界载荷前后导轨刚度变化情况,通过对比NSK官网相关资料验证了所建模型及理论分析的合理性.     

角接触球轴承刚度理论计算与实验

采用坐标变换方法建立角接触球轴承滚动体接触变形的几何关系,根据Hertz弹性体接触理论推导了角接触球轴承刚度的解析表达式。理论分析了预紧力、接触角等对轴承刚度的影响。研制了轴承刚度测试实验台,将理论分析与实验结果进行了对比,结果表明:理论计算方法与实验结果的相对误差在10%以内,能够满足工程计算的需要。     

基于矩阵表达的高速角接触球轴承动态特性求解方法

三向联合受载的高速角接触球轴承广泛应用于航空航天、机床等领域,其动态特性的求解是研究轴承设计方法和计算转子系统特性的基础。在分析已有高速角接触球轴承动态计算方法的基础上,提出了根据滚动体高速运转时几何参数和力能参数的变化特征,将复杂的高速角接触球轴承动态方程组简化为两个首尾相连接的二力杆有限元模型的求解方法。并给出了刚度矩阵的具体形式和通过设定初始3个方向的受力求解矩阵组的过程。该方法改善了Newton-Raphson方法求解方程组参数耦合的复杂性。算例表明了该方法的计算结果与传统方法的一致性,可以替代传统的拟静力学方法。     

角接触球轴承热特性研究

通过ANSYS Workbench建立轴承的瞬态热分析模型,在不同轴承轴向力和转速的工况下分别对滚动体以及轴承内外圈由温升引起的时变特性进行仿真分析,得出二者对轴承的温度场以及热变形的变化规律.结果表明:随着时间的增加,轴承各个元件的温度逐渐升高;内圈受热后向外圈半径方向膨胀变形,滚动体和外圈受热后向内圈半径方向膨胀变...     

考虑安装条件的角接触球轴承热结构仿真分析

以角接触球轴承25TAC62B为研究对象,采用Palmgren经验公式计算轴承的发热量,通过ANSYS软件对考虑安装条件下角接触球轴承的装配体有限元模型进行仿真分析,在对角接触球轴承进行瞬态热分析的基础上,分别研究轴承座、轴承外圈、轴承内圈及轴的温度场和热变形情况.仿真结果表明：轴承内圈外滚道与滚动体接触处的温度最高,而轴的内部温度最低;轴承座和轴承外圈产生显著的热变形,轴承内圈和轴的接触面因温升引起热变形使连接越来越紧.将考虑安装条件下角接触球轴承各元件温度分布的有限元仿真结果与采用热网络方法的计算结果进行对比,验证了模型的可靠性.该方法为精确计算轴承部件热结构耦合特性奠定基础,说明精密机械传动中考虑安装条件影响是必要的.     

基于聚醚醚酮保持架的角接触球轴承特性仿真

针对高速重载工况下轴承保持架产生的问题导致轴承接触区摩擦温度升高,甚至诱发轴承失效的情况,将采用聚醚醚酮(PEEK)材料设计的带有突出侧梁结构的新型保持架装配的7014型号角接触球轴承与传统的胶木材料保持架轴承进行了对比分析。应用Fluent软件建立有限元模型进行数值分析,并通过轴承温升试验验证了数值模拟的正确性,研究了在不同工况下PEEK保持架的新结构对轴承腔内气流场的影响以及新材料对轴承温度场的影响,验证了PEEK轴承保持架的良好工作性能。     

Modeling and Experiment on Contact Stiffness and Accuracy Analysis of Ball Linear Guide Feed Unit

直线滚动导轨进给单元刚度及误差分析建模与试验

张巍^1,2,王民¹,乐兵兵¹

(1.北京工业大学机电学院先进制造北京市重点实验室,北京 100124;

2.内蒙古科技大学工程训练中心,内蒙古 包头 014010）

中文说明：

随着精密数控机床的发展,迫切需要对机床的关键执行部件进行受力、变形及误差进行更精确的分析。

1）利用多体系统理论对滑块和工作台的对称中心建立坐标系,利用受力和位移平衡方程得到每一个滑块在三维坐标系中的变形量。在通过坐标变换得到工作台的变形量和误差量。

2）对直线进给单元滑块中的每一个滚珠的赫兹变形及受力进行分别求解,考虑了同时承载滚珠的数目。并考虑进给单元受力点相对对称中心的相对位置确定工作台的两直线度误差量和3个旋转量误差量。这对实际工作有积极借鉴作用,实际工况下,可根据切削力的大小和力的作用点的不同对进给执行机构进行误差补偿,从而得到更为精确的加工尺寸。

3）研究中使用高精度的三向力力学传感器（量程范围2kN）,利用激光传感器检测直线进给单元受力的微小变形,为更大限度的减小测量误差,试验装置还采用120度对称检测杆,分别测量3个位置的变形误差值,最后对3个误差值进行平均处理。得到的实验值与理论计算值相似程度更高。

     

球轴承当量动负荷的理论计算

本文讨论了单列向心球轴承和单列向心推力球轴承中考虑了内部间隙和变化的滚动体接触角时,当量动负荷的理论计算方法。此法适宜用计算机进行。     

高速主轴用角接触球轴承旋滚比分析

为了提高高速主轴用轴承的高速性能,提出了高速角接触球轴承的数学计算与分析模型.针对实际生产中工况的不同,分2种情况建立高速角接触球轴承分析计算模型,并将高速角接触球轴承的旋转打滑分析转化为旋滚比的分析.通过计算与分析,得出高速角接触球轴承在不同工作条件下或选用不同轴承参数时,轴承旋滚比的变化规律及旋滚比与各参数之间的关系,为实际生产中不同工况下高速角接触球轴承的选则使用和轴承的参数优化设计提供了理论依据,并为机床高速主轴用支撑轴承的设计与优化提供了分析计算模型.