电主轴轴承特性试验台的设计开题的报告.doc

电主轴-轴承特性试验台设计 开题报告 综述 1.1研究意义 电主轴是数控机床的核心功能部件，其性能的好坏在很大程度上决定了机床的加工精度和生产效率。随着数控机床向着高速度、高效率、高精度等方向发展，电主轴在工作时除了应具有很高的转速和刚度外，还应在极短的时间内实现升速、降速，并能在指定的位置处快速准停的能力，这就需要电主轴还应具有很高的可靠性和稳定性。轴承是实现电主轴高速化和精密化的关键部件，其性能直接影响电主轴的转速、刚度、振动、工作温度等，进而影响机床的加工精度和稳定性。电主轴轴承的性能、使用寿命对电主轴的工作性能有着重要影响。 轴承试验是评估轴承性能和寿命较为有效可靠的方法，是轴承从设计到装机使用之间的一个重要环节。普通的滚动轴承试验台不能很好满足电主轴陶瓷球轴承的要求及模拟其实际工况或极限工况。目前，电主轴轴承的试验大多是随电主轴在空载条件下一同进行整机试验，这种方法却不足以反映电主轴实际工作时的载荷、转速变化情况对轴承产生的影响。因此，迫切需要研制专门的电主轴轴承试验装置来对电主轴轴承的性能进行研究。 本文根据电主轴陶瓷球轴承的实际工况和运转特点，研制一种功能多样、操作方便，集机械、电子和计算机于一体的高速电主轴轴承试验台，以实现模拟电主轴轴承的润滑情况、散热条件以及高速加工时的径向切削分力和轴向切削分力 1.2 研究现状 1.2 主轴－轴承系统研究概况 为了提高主轴及主轴轴承的动态性能，国内外同行进行了深入而全面的研究，涉及转子动力学、材料学、力学和摩擦学等多种学科。 1.2.1 主轴－轴承系统动态特性研究内容 (1) 主轴－轴承系统的发展 主轴-轴承系统早期结构较为简单，即有两套轴向预紧面对面配置的圆锥滚子轴承支撑，可以承受较大的径向和轴向载荷。同时，摩擦造成主轴热位移使接触载荷迅速增大，主轴的速度受到限制。因此，高速场合已经应用很少。 1955 年，SKF 公司使用了著名的主轴-轴承系统。径向载荷采用双列圆柱滚子轴承支撑，通过施加径向预紧载荷消除径向游隙；轴向外载靠双向推力角接触球轴承支撑，并施加轴向预紧。主轴的热位移靠传动端安装的双列圆柱滚子轴承的轴向移动来消除。此种主轴-轴承系统刚性好，但同时速度也是受限的。 上世纪 90 年代开始，主轴-轴承系统得到进一步改进如图 1-1，支撑方式更加灵活，配对方式更加多样，采用双联、三联甚至四联配置的轴承组以适应不同刚度性能的要求。定压预紧、定位预紧等，适应不同的速度和刚性要求。 (2) 主轴轴承的发展 主轴轴承早期使用圆柱滚子轴承和双向推力角接触球轴承以提高速度性能，但刚性较差。后采用多联配置可以克服这一缺点。配对轴承组有 DT(2 个轴承串联)、DB(背对背)、DF（面对面）、TT(3 个轴承串联)、TBT(3 个轴承，含有背对背的串联)、TFT（3 个轴承，含有面对面的串联）、QT(4个轴承串联)、QFC(4 个轴承，成对串联的面对面方式)、QBC(4 个轴承，成对串联的背对背方式)、QBT(4 个轴承，含有背对背的 3 个串联)、QFT(4 个轴承，含有面对面的 3 个串联)等形式，如图(a)、(b)。背对背安装支承跨距大，轴悬臂时刚性好，轴受热伸长时内、外圈脱开趋势，因而轴不会卡死，使用广泛。面对面安装排列方式结构简单 装拆 调试方便。主要用于短轴和温升不高的场合。串联场合当轴向载荷较大时，需要多个轴承同时承受，串联起来。随着轴承精度的不断提高，万能配对也广泛使用起来。 a)两个轴承的组配形式 b）三个轴承的组配形式 1.2.2 陶瓷球轴承性能研究及应用现状 陶瓷球轴承可分为全陶瓷球轴承和混合陶瓷球轴承两类。全陶瓷球轴承是指所有轴承零件全部都有陶瓷材料制成。混合陶瓷球轴承又可以分为 3 种：球用陶瓷材料，其余仍有金属材料的轴承；球与内圈均用陶瓷材料，而外圈仍有金属材料的轴承；球与外圈均用陶瓷材料，而内圈仍有金属材料的轴承。 随着陶瓷材料的开发与应用，陶瓷球轴承得到了快速发展。20 世纪 70 年代至 80 年代末，研究人员主要对氮化硅陶瓷材料的球轴承的进行性能试验研究。Dalal 和 Chiu 对热压氮化硅的各种性能作了一系列试验，结果表明氮化硅是一种可湿润，且能使润滑油在轴承中形成适当油膜厚度的材料。Dee 等对混合轴承与钢轴承的性能对比试验，认为混合轴承在适当条件下，使用寿命比钢轴承寿命长，且对比氮化硅滚动体来说，滚动体表面加工质量的好坏其疲劳寿命、耐腐蚀性有很大的影响。Aramaki 等对钢制轴承和混合陶瓷轴承