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题名高速精密角接触陶瓷球轴承设计及试验研究
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作者
谢文超
崔永存
李小明
董帅豪
周勇勇
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机构
河南科技大学机电工程学院
常州光洋轴承股份有限公司
浙江省机电产品质量检测所有限公司
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出处
《机电工程》
北大核心
2025年第1期33-41,89,共10页
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基金
浙江省重点研发计划项目(2021C01095)。
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文摘
针对某数控机床主轴轴承低极限转速及低DN值(轴承内径和轴承转速的乘积)的问题,为解决机床主轴轴承高极限转速的问题,满足高DN值、高极限转速及精度P4级的要求,设计开发了一款高速电主轴精密角接触陶瓷球轴承,并进行了轴承温升和振动试验。首先,根据轴承的使用环境选取了角接触陶瓷球轴承主参数,并为降低高转速下轴承发热量选取了合适的轴承材料;然后,利用建立的角接触球轴承动力学模型并联立动力学微分方程进行了求解,以摩擦力矩为目标函数对轴承球径和内外沟曲率半径系数进行了正交优化选取,还进行了动力学和疲劳寿命分析;最后,开展了角接触陶瓷球轴承的极限转速试验,进行了温升和振动分析,验证了该轴承温升和振动指标满足设计要求。研究结果表明:优化后得到轴承的球径D w为6.35 mm、内沟曲率半径系数f i为0.55、外沟曲率半径系数f e为0.52;计算优化后角接触陶瓷球轴承的最大接触应力不超过2100 MPa,滚动体与保持架的最大作用力不超过3 N,保持架受到的等效应力及极限转速下轴承疲劳寿命为84.5 h左右,均满足设计使用要求;且优化后的角接触陶瓷球轴承最小摩擦力矩为102.0331 N·mm;优化后轴承的最高温度为56℃,振动加速度不高于19.6 m/s^(2)。该轴承满足超精密数控机床高速电主轴的应用需求,同时提高了国内现有高速电主轴的极限转速。
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关键词
高速机床电主轴
滚动轴承
摩擦力矩
动力学分析
极限转速
滚道接触性能
保持架碰撞力
疲劳寿命
轴承温升和振动
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Keywords
electric spindle for high-speed machine tools
rolling bearing
friction moment
kinetic analysis
limit speed
raceway contact performance
cage collision force
fatigue life
bearing temperature rise and vibration
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分类号
TH133.33
[机械工程—机械制造及自动化]
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