高速混合式陶瓷球轴承加载过程的性能仿真及其应用研究
|
摘要
本文在参考国内外有关陶瓷轴承研究文献的基础上，运用Hertz空间接触理论和钢轴承的设计理论，对型号为B7007CY的高速电主轴用的混合式陶瓷轴承在轴向加载的过程中的接触椭圆的尺寸、最大接触应力和最大接触变形量的变化进行了计算机仿真；以琼斯的拟静力学设计分析方法为理论基础，采用外圈滚道控制理论，考虑离心力和陀螺力矩的影响，对不同转速条件下的混合式陶瓷轴承在轴向加载的过程中的内外套圈的轴向弹性趋近量、滚动体与外圈滚道的最大接触应力的变化进行了计算机仿真；对两种分别装有混合式陶瓷球轴承和钢轴承的高速电主轴进行了运转试验，对不同转速条件下滚动体的温升、电主轴的振动值进行了测试与分析。试验和仿真的结果表明，混合式陶瓷轴承是一种性能卓越的高速主轴轴承，尤其是在高速轻载的条件下。
ased on the civil and foreign references of the ceramic ball bearings, in view of the Hertz space contact theory and the design of the steel ball bearings, this thesis simulated the changes of max contact stress, geometric parameters of contact ellipse and axial deformation of the ceramic ball bearing, which used in the high-speed electrical principal axis specially and typed with B7007CY, when the axial load is increased. Based on the simulating static mechanical design method, using the external raceway control theory, considering the centrifugal force and the gyro moment, this thesis simulated the changes of max contact stress between the rolling element and the external raceway and the axial deformation of the ceramic rolling bearings in different speed when the axial load is increased. The high-speed principal axis of fixed the ceramic ball bearings and the steel ball bearings were tested. The paper analyzes the testing results of the temperature-rise of the ceramic ball bearings and the vibrant of the high-speed electrical principal axis. All the results of the simulations and the experimentations indicated that the ceramic ball bearings' performances are very good, especially in the low load and high-speed environment.
ased on the civil and foreign references of the ceramic ball bearings, in view of the Hertz space contact theory and the design of the steel ball bearings, this thesis simulated the changes of max contact stress, geometric parameters of contact ellipse and axial deformation of the ceramic ball bearing, which used in the high-speed electrical principal axis specially and typed with B7007CY, when the axial load is increased. Based on the simulating static mechanical design method, using the external raceway control theory, considering the centrifugal force and the gyro moment, this thesis simulated the changes of max contact stress between the rolling element and the external raceway and the axial deformation of the ceramic rolling bearings in different speed when the axial load is increased. The high-speed principal axis of fixed the ceramic ball bearings and the steel ball bearings were tested. The paper analyzes the testing results of the temperature-rise of the ceramic ball bearings and the vibrant of the high-speed electrical principal axis. All the results of the simulations and the experimentations indicated that the ceramic ball bearings' performances are very good, especially in the low load and high-speed environment.
引文
[1] 刘志俭，MATLAB应用程序接口用户指南，科学出版社，2000，8
[2] 王军，陶瓷滚动轴承，东北大学出版社，2000，3
[3] 李庆扬，莫孜中，祁力群，非线性方程组的数值解法，科学出版社，1999，5
[4] Bruse Littlefield, Duane Hanselman，精通MATLAB综合辅导与指南，西安交通大学出版社，1999，1
[5] 蒋长锦，科学计算和C程序集，中国科学技术大学出版社，1998，9
[6] 王军，吴玉厚，张淳，精密陶瓷球加工技术研究，制造技术与机床，1998，9，34～36
[7] 王军，于英华，赵丽娟，工程陶瓷磨削性能试验，辽宁工程技术大学学报，1998，5，482～485
[8] 薛定宇，控制系统计算机辅助设计—MATLAB语言及应用，1998，3
[9] 王军，陶瓷轴承加工技术及其性能研究，东北大学博士学位论文，1997，9
[10] 王军，蔡光起，郑焕文，吴玉厚，陶瓷球高效研磨装置原理与试验，东北大学学报(增刊)，1997
[11] 王军，郑焕文，陶瓷球研磨装置设计原理与试验验证，机械制造，1997，NO．7
[12] 孙红，张珂，王军，吴玉厚，HPSN陶瓷球混合轴承疲劳寿命的探讨，沈阳建筑工程学院学报，1997，NO．3
[13] 吴玉厚，王军，郑焕文等，陶瓷球轴承的制造工艺及其相关技术，制造技术与机床，1996，412(11)
[14] 吴玉厚，王军，郑焕文，HPSN球轴承及其加工技术，先进制造技术学术会议论文集，1996，12，机械工业出版社，619～622
[15] D．ZHU，Reasearch Fellow H．SCHENG，Professor(美国)，点接触和线接触EHL膜厚、摩擦及瞬时温度的计算程序与分析，轴承1996，8
[16] 李熙章，陶瓷滚动体的接触疲劳，轴承1996．8
[17] 欧阳土中，滚动轴承动力学分析中的理论问题，轴承1996，5，10～13
[18] 王军，郑焕文，陶瓷球研磨加工的新方法，金刚石与磨料磨具工程，1996，4，15～18
[19] 王军，吴玉厚，蔡光起等，陶瓷球研磨装置设计原理与试验，机械制造技术，1995，10，376～380
[20] 梅宏斌，滚动轴承振动监测与诊断，机械工业出版社，1995，11
[21] 张迅雷，角接触球轴承额定动载荷与刚度双目标函数优化设计，轴承1995，7
[22] 杨晓蔚，沟曲率半径系数对深沟和角接触球轴承载荷能力的影响，轴承1995，6
[23] 徐同申，内表面磨削用高速电主轴基础知识，洛阳轴承研究所，1995
[24] 刘冲，滚动轴承系统应用的现代化设计方法，海洋出版社，1993
[25] 张伯霖，李易平，郑东，陶瓷滚动轴承及其应用，中国机械工程，1993，2，18～21
[26] 黑部利次，陶瓷球的超精密研磨，国外轴承，1992，2，46～55
[27] 万长森，滚动轴承的分析方法，机械工业出版社，1987，3
[28] 张策，高斯脱，机床试验的原理和方法，机械工业出版社，1986，10
[29] 曹立凡，史万明，数值分析，北京工业学院出版社，1986，3
[30] 余鸿钧，流体静压主轴，机械工业出版社，1985，12
[31] 雅歇利钦，卡拉依姆，滚动支承高速内圆磨头，机械工业出版社，1985，4
[32] F．T．巴威尔，轴承系统—理论和实践，机械工业出版社，1983，2
[33] Yozo Sawaki, Crack propagation behavior in alumina ceramic under static and cyclic loading. JSME, 1993, 4, 354～359
[34] Woydt M,Schwenzen J,Dry and water-lubricated slip-rolling of Si_3N_4 and SiC based ceramics. Tribology International 1993,3
[35] Norman L H,Leon C,Steve M et al. Investigation of the mechanical behavior of high performance ceramics for automotive applications. SAE, 1991
[36] Takeo yoshioa and tokio kitahara,A NEW METHOD FOR STATIC LOAD TATING OF CETAMIC ROLLING BEARING, WEAR, 133(1989)373～383
[37] Hirotoshi Aramki, The Performance of Ball Bearings With Silicon Nitride
Ceramic Balls in High Speed Spindles for Machine Tools,Journal of Tribology, OCTOBER, 1988, VOL110
[38] P.K. Gupta,Dynamics of Rolling-Element Bearings,transactions of the ASME, VOL. 101, JULY ,1979
[39] R.J.Parker,Fatigue Life of High-Speed Ball Bearings With Silicon Nitride Balls,Transactions of the ASME,JULY,1975
[2] 王军，陶瓷滚动轴承，东北大学出版社，2000，3
[3] 李庆扬，莫孜中，祁力群，非线性方程组的数值解法，科学出版社，1999，5
[4] Bruse Littlefield, Duane Hanselman，精通MATLAB综合辅导与指南，西安交通大学出版社，1999，1
[5] 蒋长锦，科学计算和C程序集，中国科学技术大学出版社，1998，9
[6] 王军，吴玉厚，张淳，精密陶瓷球加工技术研究，制造技术与机床，1998，9，34～36
[7] 王军，于英华，赵丽娟，工程陶瓷磨削性能试验，辽宁工程技术大学学报，1998，5，482～485
[8] 薛定宇，控制系统计算机辅助设计—MATLAB语言及应用，1998，3
[9] 王军，陶瓷轴承加工技术及其性能研究，东北大学博士学位论文，1997，9
[10] 王军，蔡光起，郑焕文，吴玉厚，陶瓷球高效研磨装置原理与试验，东北大学学报(增刊)，1997
[11] 王军，郑焕文，陶瓷球研磨装置设计原理与试验验证，机械制造，1997，NO．7
[12] 孙红，张珂，王军，吴玉厚，HPSN陶瓷球混合轴承疲劳寿命的探讨，沈阳建筑工程学院学报，1997，NO．3
[13] 吴玉厚，王军，郑焕文等，陶瓷球轴承的制造工艺及其相关技术，制造技术与机床，1996，412(11)
[14] 吴玉厚，王军，郑焕文，HPSN球轴承及其加工技术，先进制造技术学术会议论文集，1996，12，机械工业出版社，619～622
[15] D．ZHU，Reasearch Fellow H．SCHENG，Professor(美国)，点接触和线接触EHL膜厚、摩擦及瞬时温度的计算程序与分析，轴承1996，8
[16] 李熙章，陶瓷滚动体的接触疲劳，轴承1996．8
[17] 欧阳土中，滚动轴承动力学分析中的理论问题，轴承1996，5，10～13
[18] 王军，郑焕文，陶瓷球研磨加工的新方法，金刚石与磨料磨具工程，1996，4，15～18
[19] 王军，吴玉厚，蔡光起等，陶瓷球研磨装置设计原理与试验，机械制造技术，1995，10，376～380
[20] 梅宏斌，滚动轴承振动监测与诊断，机械工业出版社，1995，11
[21] 张迅雷，角接触球轴承额定动载荷与刚度双目标函数优化设计，轴承1995，7
[22] 杨晓蔚，沟曲率半径系数对深沟和角接触球轴承载荷能力的影响，轴承1995，6
[23] 徐同申，内表面磨削用高速电主轴基础知识，洛阳轴承研究所，1995
[24] 刘冲，滚动轴承系统应用的现代化设计方法，海洋出版社，1993
[25] 张伯霖，李易平，郑东，陶瓷滚动轴承及其应用，中国机械工程，1993，2，18～21
[26] 黑部利次，陶瓷球的超精密研磨，国外轴承，1992，2，46～55
[27] 万长森，滚动轴承的分析方法，机械工业出版社，1987，3
[28] 张策，高斯脱，机床试验的原理和方法，机械工业出版社，1986，10
[29] 曹立凡，史万明，数值分析，北京工业学院出版社，1986，3
[30] 余鸿钧，流体静压主轴，机械工业出版社，1985，12
[31] 雅歇利钦，卡拉依姆，滚动支承高速内圆磨头，机械工业出版社，1985，4
[32] F．T．巴威尔，轴承系统—理论和实践，机械工业出版社，1983，2
[33] Yozo Sawaki, Crack propagation behavior in alumina ceramic under static and cyclic loading. JSME, 1993, 4, 354～359
[34] Woydt M,Schwenzen J,Dry and water-lubricated slip-rolling of Si_3N_4 and SiC based ceramics. Tribology International 1993,3
[35] Norman L H,Leon C,Steve M et al. Investigation of the mechanical behavior of high performance ceramics for automotive applications. SAE, 1991
[36] Takeo yoshioa and tokio kitahara,A NEW METHOD FOR STATIC LOAD TATING OF CETAMIC ROLLING BEARING, WEAR, 133(1989)373～383
[37] Hirotoshi Aramki, The Performance of Ball Bearings With Silicon Nitride
Ceramic Balls in High Speed Spindles for Machine Tools,Journal of Tribology, OCTOBER, 1988, VOL110
[38] P.K. Gupta,Dynamics of Rolling-Element Bearings,transactions of the ASME, VOL. 101, JULY ,1979
[39] R.J.Parker,Fatigue Life of High-Speed Ball Bearings With Silicon Nitride Balls,Transactions of the ASME,JULY,1975