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合肥工业大学硕士学位论文高速轴系支撑刚度的计算分析与研究姓名：刘艳华申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：李志远20050501高速轴系支撑刚度的计算分析与研究摘要高速电主轴的动力学特性在很大程度上取决于支撑主轴的滚动轴承的刚度性能，尤其是轴承的径向刚度和轴向刚度。
随着轴承一转子系统动力学的发展，对高速滚动轴承的刚度分析得到科技工作者的普遍重视。
本文建立了高速角接触球轴承刚度计算的实用工程模型，以Ｖｃ语言为运行环境，结合Ｍａｔｌａｂ语言和ＯｐｅｎＧＬ语言编制了轴承刚度计算程序。
本文在传统拟静力学分析的基础上，应用有限元法，将轴承的支撑刚度纳入整个轴系的刚度矩阵进行分析，建立了高速角接触球轴承刚度的分析模型。
此模型考虑了钢球高速旋转时产生的离心力、陀螺力矩；忽略了轴承内部运动时产生的摩擦；针对轴承所受预载荷的不同分别进行了计算分析，分析模型利用Ｎｅｗｔｏｎ—Ｒａｐｈｓｏｎ迭代法对钢球和轴承平衡方程组进行求解。
对迭代中用到的方程组进行了数学推导。
利用高速角接触球轴承刚度的计算程序，结合型号为ＥＸ４０的高速电主轴轴承进行了动刚度计算，并利用计算时求锝的动态参数，计算了主轴系统的临界转速和轴承寿命。
分析了轴承寿命、主轴转速、润滑方式、刚度等参数对主轴一轴承系统的影响，并建议根据使用要求合理选择轴承。
关键词：电主轴；角接触球轴承；拟静力学分析；支撑刚度ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＳｔｕｄｙｏｎＳｕｐｐｏｒｔｉｎｇＳｔｉｆｆＩｌｅｓｓｏｆＨｉｇｈ—ｓｐｅｅｄＳｐｉｎｄｌｅＳｙｓｔｅｍＡｂｓｔｌｌａｃｔＴ扯ｄｙｒｍｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍｅ量ｌｉｇｌｌ却ｅｅｄｅＩｅｃｔｒｉｃ时ｍａｉｎ・ｓｈｍｓｙｓｔｅｍａｒｅｍｏＳｔＩｙｄｅｔｅ埘ｎｉｎｅｄｂｙⅡｌｅＳｔｉ丘ｈｅｓｓｐｃｒｆｂｍｌａｎｃｅｏｆｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｆｉｎｇｗｈｉｃｈｓｕｌ）ｐｏｒｔｔｏｔｏｒ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｒａｄｉａｌｓｔｉ行’ｎｅｓｓａＩｌｄａ】（ｉａＩｓＩｉ圩ｈｅｓｓ．Ｗｉｔｌｌｔ１１ｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｄｙｎａｍｉｃｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃＯｆｓｈａｆｔｒｏｔｏｒ，ｓｃｉｅｍｉＳｔｓａｌｌｄｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｐａｙｍｏｒｅａｎｅｎｔｉｏ璐ｔｏｔｈｅｓｔｉ衄ｅｓｓ删ｙｓｉｓｏｆｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｒｏｌｌｉｎｇｂｅ捌ｎｇｓ．Ｉｎｍｉｓｐａｐｅｒｔｈｅｐｒ舵廿ｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍｏｄｅｌｓｏｆｓｔｉｍｌｅｓｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄａｎｇｕｌａｒｃｏｎｔａｃｔｂａｌｌｂｅａｒｉＩｌｇｓａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．ＵｓｉｎｇｔｌｌｅｌａｌｌｇｕａｇｃｏｆＶＣ，ｃｏｆｎｂｉｌｌｉｎｇｗＩｌｉｍｍｅＭａｎａｂａｎｄ０ｐｅｎＧＬ，ｓｔｉｍｌｅｓｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｂｅ喇ｎｇｓａｒｅｐｍ∥猢ｅｄ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｌｌｅ仃ａｄｉｔｉｏｎａｌｑｕａｓｉｓ诅ｔｉｃ姐ａｌｙｔｉｃａｌｍｅｍｏｄｓ．ｗｊｔｈｔＩｌｅＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＭｅｌｈｏｄ（ＦＥＭ），ｔｌｌｅｓｕｐｐｏｎｉｎｇｓｔｉ岛ｅｓｓｍ埘ｘｏｆｍｅｂｅａｒｉｎｇｓｉｓａｄｄｅｄｉｎｔｏｔｈｅＷｈｏｌｅｓｔｉ矗ｈｅｓｓｍａｔｒｉｘｏｆｍｅｓｈａｆｔ船ｄｍｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａＩｌｄａＩｌａｌｙｔｉｃａｌｍｅｔｌｌｏｄｉｓｂｕｉｌｄｉｆｌ廿ｌｅｐ叩ｅｒ．Ｃｅｎｎｉ如ｇａｌｆｏｒｃｅｓ锄ｄｇｙｒｏｓｃｏｐｉｃｍｏｍｅｍａｒｅｔａＩ【∞ｉｎｔｏａｃｃｏｌｌＩｌｔｉｎｍｅ锄ａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌａｌｌｄ呈ｎｌ℃ｍａｌ越ｃｔｉｏｎｉｓｎｅｇｋｃｔｅｄ．ＮｅｗｔＤｎ・Ｒａｐｌｌｓｏｎｉｔｅ珀ｔｉｖｅｍｅｍＤｄｉｓｕｓｅｄｔｏｓｏｌＶｅｅａｕｉＩｉｂｒｉ啪ｅｑｍｔｉｏｎｓｏｆｂａｌＩｓａ１１ｄｂｅ撕ｎｇｉｆｌｔ｝ｌｅａＩｌａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌａｎｄｓｏｍｅｅｑｕａｔｉｏｌｌｓａｒｅｄｅｒｉｖｅｄｌｌｓｉｎｇｎｕｍｅｒｉｃａ工ｍｅｔｈｏｄ．ｓｔｉ肺ｅｓｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｐｒｏ酎锄ｆｏｒ王ｌｉｇｈ－ｓｐｅｅｄａＩｌｇＩＩｌａｒｃｏｎｔａｃｔｂａｌｌＵＳｉｌｌｇｔｈｅｂ谢ｎｇｓ，ｔｈｅｂｅ撕ｎｇｓｔｉ丘ｈｅｓｓｉｓｃａｌｃｕｌａｌｅｄｂｙＩｌｉｇｈ—ＳｐｅｅｄｅＩｅｃｔｒｉｃ毋ｍａｈ．ｓｈａＲｂｅａｒｉｎｇｓ（ｍｏｄｅｌｎ啪ｂｅｒｉｓＶＥＸ３５）．ＵｓｉｎｇｍｃｄｙＩｌ枷ｉｃ叫砌ｅ船ｄｕ血ｇｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｔｈｅｓｔｉ饷ｅｓｓ，ｔＩｌｅｃｒｊｔｉｃａｌｓｐｅｅｄｏｆｔ１１ｅｓｈｍａｎｄｍｅ胁ｏｆｔｈｅｂｅａｒｉｎｇａｒｅｃａｌｃｕＩａｔｅｄ．ＡｎｄｔｈｅｈｎｍｎｃｅｏｆｍｅＩｉｆｅ，ｔｈｅｓｐ∞ｄ，ｔＩＩｅｓｎｆｆ｝Ｉｅ站锄ｄｔ｝Ｉｅｌｕｂｎｃ砒－ｏｎ０ｎｔｈｅｓ’ｓｔｅｍｏｆ吐他ｓｈａｆｔａｒｅａｌｓｏｃｏ【峙ｉｄｅｒｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃ廿ｉｃ毋ｍａ¨ｓｈａｎ：腿ｇＩｌＩ缸ｃｏｌｎａｃｔｂａｌｌ蛐ｇ；ｑｕ雒ｉｓ雠ｉｃ；ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ－ｓｔｉｎ．ｎｅｓｓ合肥工业大学本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕士学位论文质量要求。
角接触球轴承径向刚度试验角接触球轴承是一种常用的轴承类型，广泛应用于机械设备中。
在设计和制造过程中，了解和掌握角接触球轴承的性能参数至关重要。
其中，径向刚度是衡量轴承在受力时的变形程度的重要指标之一。
本文将以角接触球轴承径向刚度试验为主题，介绍试验的目的、过程和结果分析，并对试验的意义进行探讨。
一、试验目的角接触球轴承径向刚度试验的目的是评估轴承在径向负荷作用下的刚度性能。
通过试验，可以得到轴承在受力时的变形情况，并据此评估轴承在实际工作中的可靠性和稳定性。
同时，试验结果还可以为轴承的设计和优化提供依据。
二、试验过程1. 准备工作：首先，选择适当的试验设备和工具，包括试验机、测量仪器、轴承样品等。
确保试验设备的准确度和稳定性，并进行必要的校准工作。
2. 安装样品：将待测轴承样品固定在试验机上，并保证样品与试验机之间的刚性连接。
注意调整好样品的位置和方向，确保试验时能够准确施加径向负荷。
3. 施加负荷：根据试验要求，通过试验机施加一定的径向负荷到轴承样品上。
在施加负荷的过程中，应注意负荷的大小、方向和速度，确保试验的可控性和重复性。
4. 测量变形：在轴承受力的同时，使用合适的测量仪器对轴承的径向变形进行测量。
可采用激光干涉仪、位移传感器等设备，获得准确的变形数据。
5. 记录数据：根据试验要求，记录轴承在不同负荷下的径向变形数据。
包括负荷-位移曲线、负荷-变形曲线等。
同时，记录试验过程中的其他重要参数，如试验时间、环境条件等。
6. 数据分析：根据试验结果，进行数据处理和分析。
可以通过绘制曲线、计算刚度系数等方式，评估轴承的径向刚度性能。
同时，对试验结果的可靠性和准确性进行验证。
三、试验结果分析根据试验结果，可以得到轴承在不同负荷下的径向刚度性能。
通常，刚度系数越大，说明轴承在受力时的变形越小，刚度性能越好。
根据试验数据，可以绘制负荷-变形曲线，通过曲线的斜率来评估轴承的刚度。
还可以通过计算刚度系数，得到具体的数值结果。
高速角接触球轴承静态刚度的分析与计算
刘艳华;李志远;张朝煌;何高清
【期刊名称】《轴承》
【年(卷),期】2005(000)008
【摘要】在Hertz接触理论的基础上,结合Newton-Raphone法,针对定位、定压两种不同的预紧方式,分析计算了轴向力和径向力联合载荷作用下高速角接触球轴承的静态刚度.计算数据表明,轴向刚度的精确计算与简化计算结果相差较大,而径向刚度的精确计算与简化计算值相差不大.
【总页数】3页(P1-3)
【作者】刘艳华;李志远;张朝煌;何高清
【作者单位】合肥工业大学,机械与汽车工程学院,安徽,合肥,230009;合肥工业大学,机械与汽车工程学院,安徽,合肥,230009;洛阳轴承研究所,河南,洛阳,471039;合肥工业大学,机械与汽车工程学院,安徽,合肥,230009
【正文语种】中文
【中图分类】TH133.33;O313
【相关文献】
1.高速角接触球轴承承载及其支承刚度的分析与计算 [J], 谢新;赵宁;杨小辉;周如传;扶碧波;李海峰
2.高速角接触球轴承动态刚度的分析与计算 [J], 刘艳华;李志远;张朝煌;何高清
3.角接触球轴承静态刚度计算 [J], 陈宗农;董荣歌
4.高速角接触陶瓷球轴承径向刚度的分析计算 [J], 宋春明;何宁;张士勇
5.高速角接触球轴承刚度计算及影响因素分析 [J], 丁鸿昌; 李家成; 李茂源; 付会彬因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
高速主轴角接触球轴承动刚度分析及测试方法运侠伦;梅雪松;姜歌东;李玉亭;袁世珏【摘要】为了准确测试高速电主轴角接触球轴承的动态支承刚度,提出了采用同步激励的方式在线测量主轴动态支承刚度的方法.通过研究残余振动位移和激励响应位移之间的角度关系,推导出了动态支承刚度测试原理,在型号为150SD40Q7的电主轴上进行了动态刚度测试实验,并和仿真结果进行了对比分析.测试结果和仿真结果变化趋势吻合良好,误差较小,验证了该测试方法的有效性,为主轴动态运行刚度的测试提供了一种可靠方法.【期刊名称】《振动、测试与诊断》【年(卷),期】2019(039)004【总页数】6页(P892-897)【关键词】高速电主轴;角接触球轴承;动刚度;测试原理【作者】运侠伦;梅雪松;姜歌东;李玉亭;袁世珏【作者单位】西安交通大学陕西省智能机器人重点实验室西安,710049;西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安,710049;西安交通大学机械工程学院西安,710049;西安交通大学陕西省智能机器人重点实验室西安,710049;西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安,710049;西安交通大学机械工程学院西安,710049;西安交通大学陕西省智能机器人重点实验室西安,710049;西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安,710049;西安交通大学机械工程学院西安,710049;洛阳轴承研究所有限公司洛阳,471003;西安交通大学机械工程学院西安,710049【正文语种】中文【中图分类】TH133.3引言高速电主轴是高档数控机床的核心功能部件，对数控机床的加工性能具有直接影响[1]。
角接触球轴承具有结构简单、极限转速比高、旋转精度高以及可同时承受轴向和径向载荷等优点，与液体静压轴承和空气静压轴承对比，角接触球轴承又具有价格优势[2]，所以目前高速主轴大规模使用的支承轴承仍然是角接触球轴承[3]。
支承轴承的动态特性会显著影响主轴的工作性能，为此国内外学者对角接触球轴承的动力学特性展开了研究。
