【摘 要】
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随着科学技术的发展和进步,现代化制造技术以及CNC加工技术水平都有了突飞猛进的提高。电主轴的产生更是让机床向超高速发展。为了获得更高地转速与功率,就需要拥有良好性能的电主轴作为基础部件。其中,轴承作为电主轴内部的支撑元件,它的性能直接影响到电主轴和整个机床的性能和效率。因此,需要对起支撑作用的角接触球轴承进行力学和动态特性分析。随着主轴转速的增大,角接触球轴承受到离心力、陀螺力矩以及摩擦生热等作用
【基金项目】
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国家自然基金（NO.51465035）
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随着科学技术的发展和进步,现代化制造技术以及CNC加工技术水平都有了突飞猛进的提高。电主轴的产生更是让机床向超高速发展。为了获得更高地转速与功率,就需要拥有良好性能的电主轴作为基础部件。其中,轴承作为电主轴内部的支撑元件,它的性能直接影响到电主轴和整个机床的性能和效率。因此,需要对起支撑作用的角接触球轴承进行力学和动态特性分析。随着主轴转速的增大,角接触球轴承受到离心力、陀螺力矩以及摩擦生热等作用而产生热变形和离心变形,这些对角接触球轴承接触角、受力以及刚度都有一定影响。本文以170SD24Q 15型电主轴前轴承（H7013C/P4 HQ1）为研究对象,研究内容如下:（1）建立了角接触球轴承自旋运动模型,并研究了自旋运动对角接触球轴承弹流润滑作用效果,即对其润滑油膜厚度、压力的影响规律。分析了赫兹接触压力、自旋角速度和滚道表面粗糙度对油膜厚度与压力影响规律。计算结果表明:随着Hertz接触压力增大,轴承油膜压力增大,油膜压力区域变窄,更接近接触中心,此时油膜厚度减小。自旋运动使得轴承最小油膜厚度减小。同时,随着自旋角速度增大,油膜厚度也呈现减小趋势,压力却增大;随着滚道表面粗糙度幅值的增大,油膜压力和膜厚波动的幅值也在增大,油膜局部压力变化明显。表明自旋不利于轴承润滑。（2）提出了自旋条件下角接触球轴承油膜厚度计算方法,并建立了油膜刚度模型,研究自旋条件下多因素对角接触球轴承油膜刚度的影响规律。根据前文所建立的角接触球轴承自旋运动模型,结合油膜刚度的定义,研究了卷吸速度、润滑油粘度和自旋角速度对角接触球轴承油膜刚度的影响规律。分析得出:随着卷吸速度和润滑油粘度逐渐增大,均使得油膜刚度减小;但考虑自旋运动后,使得同一条件下,油膜刚度增大;油膜刚度随自旋角速度增大而增大。表明自旋运动使得角接触球轴承油膜刚度增大。（3）建立自旋条件下角接触球轴承接触刚度和综合刚度模型,并计算考虑多因素影响下的角接触球轴承接触刚度和综合刚度。综合考虑角接触球轴承热效应、离心效应以及弹流润滑等因素,建立了自旋条件下角接触球轴承接触刚度计算模型,并分析各因素对角接触球轴承接触刚度的影响规律,进一步计算角接触球轴承综合刚度。通过计算得到:定位预紧条件下,轴承径向接触刚度随着转速增大而增大,而轴向和角接触刚度却减小。当考虑弹流润滑作用后,径向刚度增大,而轴向和角刚度减小;考虑热效应和离心效应后,当转速达到临界值时,会使热效应和离心效应对轴承接触刚度影响不同。此外,随着转速增大,角接触球轴承综合刚度逐渐减小;自旋运动和预紧力使得综合刚度增大;高速下弹流润滑和变形量对球轴承综合刚度的影响更为明显。
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