【摘 要】
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本文针对高速电主轴系统中的角接触球轴承,建立角接触球轴承温度场有限元模型,采用自行编写的有限元脚本程序,分析了径向载荷、轴向载荷、热载荷共同作用时高速运转下的角接触球轴承内外圈沟底半径变形,发现滚珠与沟道之间的摩擦生热,引起轴承温度升高产生了热诱导预紧力;进一步研究了温升与热诱导预紧力交互影响下角接触球轴承温度场分布,研究结果为设计角接触球轴承预紧力时,需要考虑轴承温升的影响提供了理论依据。3本文
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本文针对高速电主轴系统中的角接触球轴承,建立角接触球轴承温度场有限元模型,采用自行编写的有限元脚本程序,分析了径向载荷、轴向载荷、热载荷共同作用时高速运转下的角接触球轴承内外圈沟底半径变形,发现滚珠与沟道之间的摩擦生热,引起轴承温度升高产生了热诱导预紧力;进一步研究了温升与热诱导预紧力交互影响下角接触球轴承温度场分布,研究结果为设计角接触球轴承预紧力时,需要考虑轴承温升的影响提供了理论依据。3本文主要研究结果如下:（1）角接触球轴承摩擦生热量的计算。基于赫兹接触理论,分析了受外载荷作用的角接触球轴承受力和滚珠的运动状态,通过建立的总摩擦生热量计算模型,计算了包含滚珠的差动滑动、自旋滑动、以及载荷和润滑剂黏性共同引起的滚珠与沟道之间的摩擦生热量,为角接触球轴承初始温度场有限元模型热载荷计算奠定了基础。（2）角接触球轴承初始温度场有限元模型的建立。在获得的轴承摩擦生热量的基础上,计算了轴承滚珠与沟道接触区域的热流密度,并将其作为角接触球轴承初始温度场有限元模型热载荷边界条件;利用建立的角接触球轴承温度场有限元模型,分析了不考虑热诱导预紧力影响的、不同工况下角接触球轴承的初始温升,发现高速运转的角接触球轴承温升随转速的增大非均匀升高。（3）角接触球轴承热诱导预紧力的计算。假定轴承内外圈沟道的热位移为轴承初始温升的线性函数,建立了轴承热诱导预紧力的理论模型;在角接触球轴承初始温度场有限元模型的结果文件中,提取了轴承接触角以及内外圈沟底半径热变形量,通过自行编写的有限元脚本程序,获得了轴承在运转过程中产生的热诱导预紧力;发现轴承热诱导预紧力随着轴承温升的升高而呈现出非线性增长的趋势。（4）角接触球轴承温度场分析。分析了温升与热诱导预紧力交互影响下的角接触球轴承温度场,得到了轴承温度趋于稳定状态时的温度场分布;进行了高速电主轴前端的角接触球轴承温升实验,结果表明,考虑温升与热诱导预紧力交互影响下的轴承温度场有限元仿真结果与实验值较为吻合,研究结果为设计角接触球轴承预紧力时,需要考虑轴承温升的影响提供了理论依据。
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