薄壁四点接触球轴承-腕部关节系统接触动力学分析

在机器人实际工况中,针对含有薄壁四点接触球轴承的机器人腕部关节系统的运动稳定性问题,对腕部系统模型进行了简化设计和仿真研究。在考虑薄壁结构的弹性变形和动态接触作用耦合影响的基础上,建立了刚柔耦合工业机器人腕部关节系统模型,分析了不同受载工况和正反转驱动下的变形规律和动态特性。首先,基于多体动力学和Hertz接触理论,设计了包含薄壁四点接触球轴承和中空轴及基座的腕部关节系统刚柔耦合接触动力学仿真模型;然后,考虑薄壁中空轴、基座、轴承套圈和保持架的结构弹性变形、钢球和套圈滚道、保持架的动态接触作用,研究了机器人腕部关节系统两种实际工况对保持架和钢球角速度、保持架和薄壁基座振动位移、钢球与套圈的动态接触力的影响;最后,计算分析了两种工况下腕部关节系统的动态载荷规律和振动响应特性。研究结果表明:在相对较大的径向载荷作用下,保持架和钢球会出现打滑现象,速度呈现周期波动,保持架和基座具有更好的运动稳定性,其薄壁轴承内部载荷降低,主副接触对均承担联合载荷,轴承内部载荷稳定性也更好。该仿真模型及结果可以为薄壁腕部关节系统的动力学分析与设计提供参考。

角接触球轴承热-力耦合建模方法研究

在研究角接触球轴承热-力耦合建模方法的过程中,通过分析滚动轴承动力学建模、角接触轴承热-结构建模以及接触轴承热-力耦合建模及其特性,使轴承热分析流程得到简化,使角接触球轴承热-力耦合建模方法更具普遍性、广泛性,突破了有限元建模过程,确保更多人员可以应用此方式开展工作。

高速电主轴角接触球轴承热-力耦合特性研究

在高速电主轴转子系统中,角接触球轴承的工作特性受温升的影响显著,极易产生胶合。为了得到更加精确的角接触球轴承瞬态温度场,建立了考虑自旋的角接触球轴承生热及传热模型,并利用MATLAB软件得到了轴承的生热量,随后建立了轴承的三维参数化模型,并基于显示动力学理论在LS-DYNA平台上进行了热-力耦合有限元仿真分析,且对影响轴承瞬态温度场的主要因素进行了研究。研究结果表明:转速与温升呈非线性正相关;高转速下轴承温升对预紧力更加敏感;生热量随预紧力的增加逐渐增大,当施加的预紧力大于最小预紧力时,温升随预紧力增加而变大。研究可为高速电主轴轴承的设计和稳定性分析提供理论参考。

角偏移的不确定性对主轴系统中角接触球轴承疲劳寿命的影响

研究在非理想安装条件下,轴承角偏移对主轴系统中轴承疲劳寿命的影响。为实现这一目的,首先介绍多轴承-主轴系统的分析模型,提出多自由度系统模型的求解方法,并对系统模型的有效性进行验证;其次,以四轴承-主轴系统为研究对象,考虑角偏移的不确定性,假设角偏移符合正态分布,基于系统模型分析不同主轴转速条件下,不同角偏移值时轴承内滚动体的接触力分布;最后,基于寿命理论,计算各轴承的疲劳寿命。结果表明:角偏移的不确定性可导致轴承寿命的显著分散性;对于系统中的预紧轴承,无角偏移时的疲劳寿命是角偏移存在条件下疲劳寿命的上限。随着主轴转速的降低,无角偏移时的轴承寿命与存在角偏移时的轴承寿命最小值的差异变得更大。

计及套圈变形的电主轴角接触球轴承动刚度分析

针对高速电主轴结构特点,应用弹性力学和滚动轴承动力学理论,建立考虑内圈弯曲变形影响的角接触球轴承动刚度分析模型,探讨不同工况下内圈的径向挠度及其对轴承动刚度的影响,最后在12MD60Y6型号电主轴上进行轴承动刚度测试。理论和实验结果表明,内圈径向挠度和轴承的轴向载荷成正比、与转速成反比,在重载条件下其值不容忽视。考虑内圈径向挠度的轴承动刚度计算结果更接近实验结果。

高速电主轴角接触球轴承刚度及其对电主轴临界转速的影响分析

针对高速电主轴角接触球轴承高转速的特点,建立角接触球轴承的拟静力学模型,分析径向力与电主轴转速对轴承滚珠与轴承沟道的接触角、接触力的影响;根据轴承与滚珠的受力平衡条件,研究角接触球轴承刚度受电主轴转速与预紧力的影响;基于Timoshenko梁理论,建立轴承-主轴的有限元模型,分析不同预紧力下角接触球轴承对电主轴临界转速的影响。结果表明:径向力与电主轴转速将改变轴承滚珠与轴承沟道的接触角与接触力,减小预紧力与升高转速会导致轴承的刚度降低,进而降低电主轴的临界转速;需要综合考虑角接触球轴承离心力、内圈膨胀和预紧力等影响因素,才能有效保障电主轴的安全运行。

高速精密角接触球轴承在电主轴中的应用

高速精密角接触球轴承在电主轴中的应用涉及选型、加载和润滑等多个方面 ,合理的使用方式可以优化主轴性能和提高轴承实际寿命。

考虑圆度误差的角接触球轴承温升特性研究

以往有关于轴承温升特性的研究多注重轴承温升以及圆度误差对轴承振动的影响,其中圆度误差对轴承温升影响的文献较少,且研究对象多针对的是低速、轻载轴承的温升。为此,建立了考虑圆度误差、轴承预紧力、离心效应、热力耦合等影响的角接触球轴承热-力耦合模型,研究了轴承沟道圆度误差对轴承温升的影响规律。首先,以轴承拟动力学、弹流润滑理论、传热学理论和基尔霍夫能量守恒定律为基础,建立了考虑圆度误差、轴承预紧力、离心效应、热力耦合等影响的角接触球轴承热-力耦合模型;然后,利用模型分析了不同工况条件、圆度误差对轴承温升特性影响;最后,将模型计算结果与试验结果进行了比较,验证了角接触球轴承热-力耦合模型的合理性。研究结果表明:模型计算结果和实验结果相比,最大相对误差为5.37%;随着圆度误差阶次的增加,轴承温度呈现波动性变化,且随着转速的增加,波动趋势愈加显著;随着润滑油温度的升高,温度波动逐渐减小;当圆度误差的阶次等于球数n/2±2(n=1,2,3…)时,轴承外圈温度比不考虑圆度误差时要低,因此将圆度误差控制在特定阶次内能有效降低轴承温升,从而提高工作效率;轴承外圈温度的波动性与外圈圆度误差的幅值成正比,为轴承设计提供了重要参考;外圈温度与沟道圆度误差阶次之间呈周期性变化,并与钢球的个数形成映射关系,当圆度误差阶次等于球数的(2 n-1)/4倍(n=1,2,3…)时,轴承外圈温度达到最高;当圆度误差阶次等于球数的n/2倍(n=1,2,3…)时,轴承外圈温度最低,这一规律可为轴承的优化提供具体参考方向。

角接触球轴承高速电主轴的热源特性及对策

高速电主轴是实现高速加工的首要关键技术,文中建立了电主轴的能量流模型,分析了切削热、轴承发热以及主轴电机的发热特点,并提出了提高高速电主轴热稳定性的有效措施。

进给系统成对安装的角接触球轴承热分析

考虑轴承的离心力、陀螺力矩等因素建立滚珠的动载荷平衡模型,利用牛顿-拉弗逊法求解.然后对轴承、丝杠轴、轴承座取温度节点,考虑轴承热节点之间的接触热阻并利用轴承内部温度变化结合润滑剂的黏温效应实时修正轴系热源发热量、热边界条件等特性参数,建立机床进给轴承系统成对安装角接触球轴承的瞬态热网络模型.利用差分矩阵结合Matlab软件数值求解预测出不同进给速度下轴承座表面等重要节点的瞬态温升曲线,分析不同转速下轴系温度场的变化.并对不同进给速度下的轴系安排实际工况下的试验验证,证明了预测模型的有效性.

角接触球轴承对高速主轴变形影响建模与分析

高速主轴在工作过程中易受热变形影响数控机床加工精度,而角接触球轴承作为高速主轴的支承件发挥着巨大的作用。根据Hertz接触力理论,结合角接触球轴承受力平衡以及位移方程,建立角接触球轴承对主轴位移影响的分析模型,然后通过对比用模型计算的轴套位移值与用位移传感器测得的轴套位移值来进行验证;最后分析计算不同转速下轴承内外圈接触力和轴承刚度的影响,以及不同转速下对轴套和主轴位移产生的影响。利用该模型可以设置合理的预紧载荷以及主轴转速,提高轴系的运动定位精度,为轴承预紧量的施加、工作预紧载荷的调整及预紧装置的设计提供参考,弱化轴承塑性变形导致的热变形,从而降低对高速主轴变形位移产生的影响。

电主轴用角接触球轴承关键技术的研究

角接触球轴承作为高速电主轴的核心部件,其性能直接影响电主轴的性能。通过选择合理的配置形式和预加载荷,选择合适的润滑方式及选用新型材料,可提高角接触球轴承的寿命和电主轴的寿命。

机床主轴三联角接触球轴承预紧力的研究

本文对三联角接触球轴承的预紧力进行了实验研究，定量分析了这种轴承的预紧力与主轴组件的静刚度、动态特性和不同转速下的温升之间的关系，提出了选择预紧力的科学依据。

高精密弹流润滑球轴承支承主轴系统动特性分析

以高档数控机床角接触球轴承-主轴系统为研究对象,建立了新的计及非线性HERTZ接触、预紧力、球数变化的高精密主轴系统动力学模型,通过Newton-Ralfson method和精细积分算法(precise integration method)获取了主轴系统在有、无弹流润滑(EHL)状态下的时、频域参数变化与三维响应图。计算实例表明:该模型可应用于润滑状态下主轴系统动特性分析,为进一步精度设计提供借鉴。

角接触球轴承载荷的自动分析系统

通过对角接触球轴承在轴系中的安装和支撑方式归类分析,推导了角接触球轴承实际承受载荷的计算通式。结合Visual Basic6.0可视化软件工具研制了角接触球轴承载荷计算的自动软件系统,实现了角接触球轴承载荷计算的高效和自动化,为角接触球轴承的进一步设计提供了重要依据。

高速主轴角接触球轴承动刚度分析及测试方法

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。

三联角接触球轴承主轴组件的刚度简化计算

前支承为三联角接触球轴承的主轴组件是超静定的。滚动轴承的刚度，又不是一个定值，而是载荷（支反力）的函数。所以，这类主轴组件的刚度，难于用常规方法进行计算。本文介绍了一种近似的等效静定模型，可以用以进行刚度计算。经实验验证，这种方法具有足够的精度。

进给系统角接触球轴承的热力耦合分析

对角接触球轴承热力耦合性能进行预测分析是保证机床工作精度的关键。基于赫兹接触理论结合热网络方法,建立滚珠丝杠进给系统成对安装轴承工作状态下的动态热力耦合模型,考虑了温升热效应下的球轴承内部润滑状态以及热膨胀,提出了轴承的动态热力耦合分析数值计算方法。探明了轴承内部接触参数和摩擦生热的时变规律。研究表明:转速、外部载荷等工况影响轴承的摩擦接触特性,轴承性能显著受热力学行为的影响。提出的轴承动态热力耦合分析模型可以有效预测轴承非线性热行为下的接触特性。

角接触球轴承传热机理及其对高速电主轴性能的影响分析

在传热学的基础上,建立了接触区等效热阻的角接触球轴承传热模型,并用离散热节点的方法建立热阻网络模型,提出了根据热能量守恒建立热节点微分方程对节点温度进行预测的方法,采用有限元法对电主轴及其轴承温度场进行仿真,并探讨了电主轴转速对轴承接触区等效热阻的影响,以及等效热阻对电主轴温度场分布的影响。结果表明:轴承接触区等效热阻对电主轴温度场分布有较大影响,电主轴转速越高,轴承接触区等效热阻越大,轴承组件中的热梯度越大,在高速精密电主轴热设计中接触区等效热阻不可忽视。

基于MATLAB GUI的角接触球轴承接触疲劳寿命计算系统设计

滚动轴承是机器中广泛应用的零件之一,依靠滚动体和滚道间的滚动接触来支承转动零件,轴承的使用寿命是轴承质量的重要衡量指标。针对滚动轴承失效形式主要是疲劳点蚀,往往采用接触疲劳寿命来反映轴承寿命,它综合考虑了轴承材料、接触特性等因素,更符合实际工况。采用MATLAB GUI软件平台完成角接触球轴承接触疲劳寿命计算系统设计,该系统使用方便,只需输入相关参数,便可计算出接触疲劳寿命、最大接触载荷和最大接触应力等参数,结果可在系统界面显示或输出txt文件和excel表格。该系统大大缩短了轴承寿命计算周期,提高轴承设计效率和精度。通过多次工程设计验证,该系统高效可靠,为工程设计中其他复杂计算系统的开发提供了参考。