一种高速主轴单元轴承套圈轴向热位移确定方法技术

本发明专利技术公开了一种高速主轴单元轴承套圈轴向热位移确定方法，包括步骤一、建立高速下的角接触球轴承内部几何相容关系，得到位置角ψj处的轴承内外圈滚道最终的轴向和径向相对距离；步骤二、得到角接触球轴承沟道接触的变形几何相容方程；步骤三、求出稳定状态时轴承的各向位移值，建立轴承所受外载荷和位移之间的关系，轴承受到联合载荷的作用，即受轴向载荷Fa、径向载荷Fr和力矩载荷M的综合作用；得到对应的轴承内外圈的轴向相对热位移。本发明专利技术提出了一种应用于高速主轴单元轴承套圈轴向热位移的确定方法，考虑了高速下含接触角动态变化的轴承球体热位移对轴承内外圈热位移的影响，使获取的高速主轴单元支承刚度更加准确合理，并且便于设计更为合理的轴承。

【技术实现步骤摘要】
一种高速主轴单元轴承套圈轴向热位移确定方法
本专利技术属于机械领域，尤其涉及一种高速主轴单元轴承套圈轴向热位移确定方法。
技术介绍
角接触球轴承具有摩擦力矩小、极限转速高、结构简单、噪音小等优点，普遍应用于机床高速主轴单元。而高速下，受轴承摩擦发热的影响，轴承套圈将产生一定的热位移，它直接影响着轴承刚度的大小，轴承刚度则直接影响着机床主轴的临界转速、动刚度、固有频率和振型等动力学特性以及机床的加工精度。因此，准确的计算轴承套圈热位移对预测高速主轴单元的动力学特性和机床加工精度具有重要意义。目前，高速主轴单元中角接触球轴承内外套圈相对热位移的计算方法主要是通过建立考虑热效应的球轴承拟静力学模型和主轴单元热传递模型，使用考虑轴承座和转轴热位移影响下的轴承套圈热位移计算公式进行计算。因此在现有技术中，计算高速角接触球轴承套圈热位移时，通常忽略了滚动体的热膨胀对内外套圈热位移的影响，或者在计算过程中，将轴承内外圈接触角当成常量来计算滚动体产生的热位移。事实上，由于轴承的摩擦发热，主轴单元各个零部件都会产生热位移，并且轴承滚动体与内外圈的接触角时刻在发生变化。因此，要想准确求得轴承套圈热位移大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速主轴单元轴承套圈轴向热位移确定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、建立高速下的角接触球轴承内部几何相容关系，得到位置角ψj处的轴承内外圈滚道最终的轴向和径向相对距离；步骤二、得到角接触球轴承沟道接触的变形几何相容方程；步骤三、求出稳定状态时轴承的各向位移值，建立轴承所受外载荷和位移之间的关系，轴承受到联合载荷的作用，即受轴向载荷Fa、径向载荷Fr和力矩载荷M的综合作用；根据预紧及配置方式得到对应的轴承内外圈的轴向相对热位移。

【技术特征摘要】
1.一种高速主轴单元轴承套圈轴向热位移确定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、建立高速下的角接触球轴承内部几何相容关系，得到位置角ψj处的轴承内外圈滚道最终的轴向和径向相对距离；步骤二、得到角接触球轴承沟道接触的变形几何相容方程；步骤三、求出稳定状态时轴承的各向位移值，建立轴承所受外载荷和位移之间的关系，轴承受到联合载荷的作用，即受轴向载荷Fa、径向载荷Fr和力矩载荷M的综合作用；根据预紧及配置方式得到对应的轴承内外圈的轴向相对热位移。2.如权利要求1所述的高速主轴单元轴承套圈轴向热位移确定方法，其特征在于，所述步骤一包括如下步骤：在主轴单元工作过程中，受热变形影响，轴承外圈与轴承座之间的配合关系由间隙配合转变为过盈配合，此时假设轴承外圈固定不动，即轴承外滚道曲率中心不动，综合考虑主轴单元热变形和轴承内圈离心变形，建立高速下的角接触球轴承内部几何相容关系，得到位置角ψj处的轴承内外圈滚道最终的轴向和径向相对距离为：A1j＝BDbsinα0+δa+Riθcosψj+uaA2j＝BDbcosα0+δrcosψj+ur+uc式中，A1j为轴承内外圈轴向相对距离，A2j为轴承内外圈径向相对距离，B＝fi+fo-1，fi、fo为内、外滚道曲率半径系数，Db为球体直径，α0为轴承初始接触角，Ri为内圈曲率中心圆半径，δa、δr、θ分别为轴承轴向位移、径向位移和角位移，ua为轴承内外圈沟道轴向相对热位移，ur为轴承内外圈沟道径向相对热位移，uc为轴承内圈离心位移；在任意角位置ψj处有：式中，X1j为球体中心与外沟道曲率中心的轴向距离，X2j为球体中心与外沟道曲率中心的径向距离，αij、αoj分别为轴承内、外圈与球体接触角，δij、δoj分别为内、外圈与球体接触的弹性变形趋近量。3.如权利要求2所述的高速主轴单元轴承套圈轴向热位移确定方法，其特征在于，所述步骤二中，角接触球轴承沟道接触的变形几何相容方程为：(A1j-X1j)2+(A2j-X2j)2-[...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长江，屈泽峰，胡波，洪健，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43