电主轴轴承预紧特性分析及其优化研究

• 作 者: 娄舜禹
• 出 处: 西安理工大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 电主轴 预紧力 刚度 疲劳寿命 温度场

电主轴作为高速机床中最重要的构件之一,在机床稳定运行时起着关键作用。为了确保在多工况下轴承动态性能的适应力,通常在电主轴装配时对轴承施加一定的初始预紧力,达到增强电主轴刚度、提高精度和延长轴承疲劳寿命的目的。本文以磨削电主轴为对象,对其内部角接触球轴承进行动力学分析,分析预紧力对轴承内部动态参数的影响,进而研究电主轴轴承预紧下动刚度特性;刚度的增加会导致轴承疲劳寿命发生改变,因此研究预紧下轴承疲劳寿命特性并且对轴承预紧下的疲劳寿命进行优化;还对轴承预紧下电主轴的温升特性进行分析,研究其预紧下各方面性能的变化情况,主要研究内容如下:首先,基于赫兹点接触理论与动力学分析方法,同时考虑轴承在高速转动时产生离心力和陀螺力矩等影响因素,在不同预紧力下,分析了角接触球轴承内滚动体与内外套圈接触角、接触面积、离心力和动刚度等参数的变化情况。其次,采用L-P寿命理论,对角接触球轴承的内、外套圈的疲劳寿命以及轴承整体的疲劳寿命进行计算,并分析了不同预紧力和不同转速对轴承疲劳寿命的影响,得出轴承疲劳寿命与预紧力之间变化情况以及疲劳寿命和转速之间的变化关系。再次,根据上面内容可知提高轴承的额定动载荷进而可以延长轴承的疲劳寿命,因此以轴承的额定动载荷为目标函数,将滚动体的直径、轴承的节圆直径、滚动体个数和内、外滚道曲率半径系数作为设计变量,采用遗传算法对前、后轴承的额定动载荷进行优化分析,最终得出轴承疲劳寿命的优化结果。最后,以电主轴整体作为分析对象,对其进行有限元建模,并计算电主轴在运行时的主要生热量和各构件之间的热传导系数和热对流系数,采用有限元软件对加入水冷和不加入水冷的电主轴进行热稳态分析,研究不同预紧力下轴承温度的变化情况,并与实验数据进行比较分析。