高速角接触球轴承动力特性及试验装置研究

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随着高速加工技术的发展,高速电主轴的应用越来越广泛,角接触陶瓷球轴承是电主轴主要支承方式,角接触球轴承的动力学特性是电主轴轴承—转子系统动力学特性分析的基础和主要内容。因此对高速角接触球轴承动力特性进行研究有着重要的意义。本文基于轴承动力学理论、Hertz接触理论和弹流润滑理论,分析了考虑弹流润滑对角接触球轴承动力特性影响,并进行了试验装置研究。  本研究主要内容包括:⑴静态分析。以角接触球轴承低速运转或静止时的变形(轴向变形、径向变形和弯曲变形)为变量,建立了静力学模型。从求解静态方程出发,对静态方程组进行求解,为拟静力学方程组提供初值。建立拟静力学模型,以角接触球轴承高速运转时的变形量及辅助参数为变量,建立拟静力学方程组,提出其求解方法并编写了相应的程序。⑵动态分析。高速角接触球轴承在实际工作中,由于油膜的存在,使得滚动体与内、外圈的计算刚度与实际刚度存在一定偏差,为了更接近实际工况,利用拟静力学的结果,对滚动体与滚道之间的最小油膜厚度进行求解,并计算油膜刚度,将油膜刚度与接触刚度进行分析,引入等效刚度代替经典计算中的接触刚度。分析对比考虑弹流润滑前后轴承内部动态特性参数。⑶试验装置设计。针对高速角接触球轴承设计试验装置,提出合理试验方案,采用油气润滑系统及多种加载装置,模拟实际工况条件下轴承内部工作状态,利用压电传感器来测量轴承内部的动力特性参数。⑷研究表明,考虑弹流润滑理论下,引入等效刚度,轴承内部动力特性参数有着明显的变化。引起这一原因的主要因素是油膜厚度的变化,导致油膜刚度的变化,进而使得等效刚度发生变化。弹流润滑对轴承外圈影响相对于内圈较小,但依旧不可忽视其影响。分析结果对轴承的应用具有一定的借鉴意义。
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