[發明專利]一種基于最佳預緊力的滾動軸承電主軸動態性能設計方法

在審

• 申請號: 201811094131.5
• 申請日: 2018-09-19
• 公開（公告）號: CN109063384A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 蔣書運;林圣業
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明提供了一種基于最佳預緊力的滾動軸承電主軸動態性能設計方法，其包括以下步驟：步驟1，低速段最佳預緊力設計；步驟2，高速段最佳預緊力設計；步驟3，電主軸轉子?軸承系統動態性能設計，以使其動態特性在全速段兼優。采用本發明提供的一種基于最佳預緊力的滾動軸承電主軸動態性能設計技術，為確定該類電主軸在不同轉速下的最佳預緊力提供了有效手段，滿足了全速段剛度和溫度的要求，實現了電主軸在整個轉速范圍內動力學品質全局兼優。

技術領域

本發明涉及一種基于最佳預緊力的滾動軸承電主軸動態性能設計技術，屬于高速切削加工機床電主軸單元設計領域。

背景技術

滾動軸承電主軸廣泛應用于高速切削加工機床中。為了提高機床的加工精度和效率，滾動軸承電主軸往往需要在一次裝夾中完成粗加工和精加工。一般地，粗加工的工況特點是低速大轉矩，為獲得大支承剛度，要求對滾動軸承施加較大的預緊力；精加工的工況特點是高速大功率，為控制溫升，要求對滾動軸承施加較小的預緊力。預緊力的大小直接影響滾動軸承電主軸的動態性能。因此，在開展滾動軸承電主軸動態設計時，必須綜合考慮低速段和高速段采用不同預緊力對電主軸轉子-軸承系統動力學特性的影響。

傳統的滾動軸承電主軸通常采用定壓預緊，其大小在包含低速大轉矩和高速大功率的整個轉速范圍內恒定不變。為了兼顧低速大轉矩和高速大功率的要求，一般折中選取預緊力，其值對于低速段偏小，電主軸轉子系統的剛度較小，抵抗受迫振動和自激振動的能力較弱；而對于高速段又偏大，滾珠與軸承內、外圈之間的摩擦力較大，軸承溫升較高，縮短了軸承的使用壽命。

因此，需要發明一種基于最佳預緊力的滾動軸承電主軸動態性能設計技術，確定該類電主軸在不同轉速下的最佳預緊力，以滿足全速段剛度和溫度的要求，實現電主軸在整個轉速范圍內動力學品質全局兼優。

發明內容

技術問題：針對傳統基于定壓預緊的滾動軸承電主軸設計技術中存在的問題，本發明提供了一種基于最佳預緊力的滾動軸承電主軸動態性能設計方法，旨在為確定該類電主軸在不同轉速下的最佳預緊力提供有效手段，以滿足全速段剛度和溫度的要求，同時實現電主軸在整個轉速范圍內動力學品質全局兼優。

技術方案：本發明所述一種基于最佳預緊力的滾動軸承電主軸動態性能設計方法，包括以下步驟：

步驟1：低速段最佳預緊力設計

步驟1a：計算軸承疲勞壽命與預緊力的對應關系；

步驟1b：確定低速段最佳預緊力；在由步驟1a得到的軸承疲勞壽命與預緊力的對應關系中，對于每一個轉速，將軸承預期壽命對應的預緊力作為當前轉速的最佳預緊力；

步驟2：高速段最佳預緊力設計

步驟2a：計算軸承的發熱量；

步驟2b：計算電主軸轉子的對流換熱系數；

步驟2c：計算軸承外圈和軸承座之間的熱導；

步驟2d：計算滾珠與滾道之間的熱導；

步驟2e：計算軸承溫度與預緊力的對應關系；

步驟2f：確定高速段最佳預緊力；

步驟3：電主軸轉子-軸承系統動態性能設計，以使其動態特性在全速段兼優；

步驟3a：確定全速段最佳預緊力；

步驟3b：計算電主軸轉子-軸承系統軸端剛度。

其中，

所述步驟1a計算軸承疲勞壽命與預緊力的對應關系，具體為：

對于低速段的每一個轉速，采用L-P理論計算軸承在不同預緊力條件下的疲勞壽命：