【摘 要】
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高档数控机床作为现代制造业的基石,高性能电主轴是数控机床的核心动力部件,角接触球轴承是电主轴的重要支撑部件。在电主轴装配时对轴承施加一定的预紧力,能够保障轴承动态性能及多工况加工的适应能力。考虑温升影响,根据轴承动态特性实施动态预紧优化,可提升轴承综合性能,本文构建了考虑温升的轴承动力学模型,给出了轴承动态预紧优化方法。本文主要研究内容如下:（1）基于Hertz接触理论、“外轨道控制”理论和拟静力
【基金项目】
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陕西省自然科学基金《基于轴承服役性能耦合影响的高性能电主轴预紧力主动控制方法研究》（2019JM-310）；
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高档数控机床作为现代制造业的基石,高性能电主轴是数控机床的核心动力部件,角接触球轴承是电主轴的重要支撑部件。在电主轴装配时对轴承施加一定的预紧力,能够保障轴承动态性能及多工况加工的适应能力。考虑温升影响,根据轴承动态特性实施动态预紧优化,可提升轴承综合性能,本文构建了考虑温升的轴承动力学模型,给出了轴承动态预紧优化方法。本文主要研究内容如下:（1）基于Hertz接触理论、“外轨道控制”理论和拟静力学方法,建立了考虑温升、转速和预紧力三个因素的角接触球轴承动力学模型,分析了高速状态下轴承滚动体与轨道的接触特性及载荷变化规律。该模型可计算轴承多种参数,为轴承预紧优化提供模型基础。（2）采用Newton-Raphson迭代法求解热影响轴承动力学模型的关键参数,在MATLAB中仿真复杂工况下轴承各主要参数变化量和温升后变化率与预紧力之间的动态映射关系。总结变化规律得出部分轴承参数变化量在预紧力作用下趋于稳定;所有轴承参数变化率在预紧力作用下均有收敛现象;预紧力对轴承稳定运行意义重大。（3）以Hertz接触理论为基础,建立高速角接触球轴承有限元模型,在Abaqus平台上做热力耦合仿真分析,得到轴承整体模型热量分布。基于轴承整体模型建立子模型,进一步细化网格,精确计算轴承滚动体与轨道的接触载荷,将计算结果与轴承热影响动力学模型计算结果对比。结果表明有限元分析结果与热影响模型计算结果相差不大,证明了热影响模型是正确的。（4）将热影响模型计算的轴承参数变化率导入SPSS软件中,采用主成分分析法根据轴承多个参数间的耦合关系做降维处理,得到影响轴承综合性能最大的参数为内轨道接触载荷。以该参数为优化对象,以轴承滚动体打滑阈值为优化标准,给出了轴承动态预紧优化方法。
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