專利名稱：一種機床主軸軸承靜態(tài)預(yù)緊力測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機床主軸軸承的性能測試應(yīng)用領(lǐng)域，涉及一種機床主軸軸承靜態(tài)預(yù)緊力測量方法。
背景技術(shù)：
對機床主軸滾動軸承進行預(yù)緊，一方面可以消除滾動軸承在制造裝配過程中的游隙，增加軸承的剛度、提高主軸的旋轉(zhuǎn)精度，同時，由于預(yù)緊力的作用，可以減少軸承滾珠公轉(zhuǎn)的打滑現(xiàn)象，消除陀螺效應(yīng)，進而改善軸承的發(fā)熱狀況，延長軸承的服役壽命。機床主軸常用的預(yù)緊方式是定壓預(yù)緊，它的特點是預(yù)緊力恒定，其大小根據(jù)低速重切削和高速輕切削對預(yù)緊力的要求而綜合確定，但定壓預(yù)緊方式存在明顯的不足低速時預(yù)緊力偏小，使軸承剛性下降，主軸抗受迫振動和自激振動的能力弱，從而導(dǎo)致加工精度下降；高速時預(yù)緊力偏大，使軸承溫升加劇，制約了主軸的高速化。因此需要測量主軸的預(yù)緊力，根據(jù)不同速段改變軸承預(yù)緊力大小，提高主軸性能。目前，工程中除了對于一些要求不高的場合有一些簡單的預(yù)緊力估算方法外，確定軸承預(yù)緊力的方法一般采用經(jīng)驗法(手感法)，而這種方法效率低，操作環(huán)節(jié)復(fù)雜，并且測量結(jié)果不準確，因此需要在常規(guī)預(yù)緊力的確定方法的基礎(chǔ)上研究新的靜態(tài)預(yù)緊力測量方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對目前機床主軸軸承預(yù)緊力較難測量，且測量結(jié)果不準確的現(xiàn)狀，提出了一種機床主軸軸承靜態(tài)預(yù)緊力測量方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案—種機床主軸軸承靜態(tài)預(yù)緊力測量方法，包括以下步驟建立主軸力學(xué)模型，計算出各軸承徑向受力；建立機床主軸軸承靜力學(xué)模型，建立軸承的預(yù)緊力與靜剛度的擬合關(guān)系；建立機床主軸靜力學(xué)模型，采用影響系數(shù)法計算主軸靜剛度，通過在主軸計算模型中設(shè)置不同預(yù)緊力下的軸承剛度值來計算主軸靜剛度值，從而建立軸承預(yù)緊力與主軸靜剛度擬合關(guān)系數(shù)據(jù)庫；通過靜剛度測量實驗測得主軸前端的靜剛度，把得到的主軸靜剛度輸入到上述軸承預(yù)緊力與主軸靜剛度擬合關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，通過查詢得到主軸軸承的靜態(tài)預(yù)緊力。作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，進行主軸靜剛度測量實驗時，在主軸前端安裝電容位移傳感器于傳感器支架上，傳感器垂直安裝，且保證位于與主軸軸線垂直的平面上；作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述位移傳感器測量互成90°的主軸位移，以消除主軸圓度誤差；作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，對主軸進行主軸靜剛度測量時，通過液壓缸對主軸前端進行加載，施力點的位置位于主軸正下方，施力過程應(yīng)緩慢進行，在達到允許的最大位移量后，立即停止加載，保持該狀態(tài)1 2分鐘，待測試儀器讀數(shù)穩(wěn)定后再緩慢卸載；作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，對主軸進行主軸靜剛度測量時，施加的徑向力應(yīng)大于主軸徑向最大抗力的0.8倍。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明靜態(tài)預(yù)緊力測量方法至少具有以下優(yōu)點本發(fā)明首先對主軸軸承施加不同的預(yù)緊力，得到軸承靜剛度與軸承預(yù)緊力的關(guān)系，然后將該軸承靜剛度輸入到主軸模型中，得到軸承靜剛度與主軸靜剛度的關(guān)系，這樣，軸承預(yù)緊力與主軸靜剛度之間的關(guān)系就可以得到，最后，通過實驗測得主軸的靜剛度，再根據(jù)上述主軸靜剛度與軸承預(yù)緊力之間的關(guān)系查詢出軸承的靜態(tài)預(yù)緊力即可。本發(fā)明測量方法通過主軸靜剛度得到的軸承靜態(tài)預(yù)緊力，測量結(jié)果準確。


圖1是本發(fā)明機床主軸軸承靜態(tài)預(yù)緊力測量方法流程圖；圖2是主軸力學(xué)模型圖，其中，圖2(a)為兩軸承支撐轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，圖2 (b)為三軸承支撐轉(zhuǎn)子系統(tǒng)；圖3是兩軸承支撐主軸軸端變形圖；圖4是三軸承支撐主軸軸端變形圖，其中，(a)為三軸承結(jié)構(gòu)，(b)為二軸承結(jié)構(gòu)；圖5是機床主軸靜剛度測量實驗結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是機床主軸靜剛度測量實驗傳感器布局示意圖。具體實施步驟下面結(jié)合附圖1至6對本發(fā)明一種機床主軸軸承靜態(tài)預(yù)緊力測量方法的一種實施方式作具體介紹1.建立主軸力學(xué)模型，根據(jù)主軸實際結(jié)構(gòu)，可分為兩軸承支承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和三軸承支承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，如圖2所示，根據(jù)力和力矩平衡方程，采用數(shù)值計算方法計算出各軸承徑向受力。對于圖2(a)所示的兩軸承支承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，根據(jù)力和力矩平衡方程可求出軸承支承反力\ \FP{a-b)-Fy2b = 0Fp 主軸的徑向載荷大小，單位牛(N)；Fyl 前支撐軸承對主軸的徑向支反力，單位牛(N)Fy2 后支撐軸承對主軸的徑向支反力，單位牛(N)a 徑向載荷與后支撐軸承之間的跨距；b 前支撐軸承與后支撐軸承之間的跨距；對于圖2(b)所示的三軸承支承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，由于存在三個支承位置，受力問題屬于超靜定，除了力和力矩的平衡方程外還需要補充一個關(guān)系式。采用變形疊加法進行計算。 假設(shè)Fy2為多余約束，當(dāng)軸承剛度較大時，可以假定徑向載荷FP和后支撐軸承對主軸的支
反力Fy2分別在Fy2支點處撓度、的疊加值為零
權(quán)利要求
1.一種機床主軸軸承靜態(tài)預(yù)緊力測量方法，包括以下步驟1)建立主軸力學(xué)模型，計算出各軸承徑向受力；2)建立機床主軸軸承靜力學(xué)模型，建立軸承的預(yù)緊力與靜剛度的擬合關(guān)系；3)建立機床主軸靜力學(xué)模型，采用影響系數(shù)法計算主軸靜剛度，通過在主軸計算模型中設(shè)置不同預(yù)緊力下的軸承剛度值來計算主軸靜剛度值，從而建立軸承預(yù)緊力與主軸靜剛度擬合關(guān)系數(shù)據(jù)庫；4)通過靜剛度測量實驗測得主軸前端的靜剛度，把得到的主軸靜剛度輸入到上述軸承預(yù)緊力與主軸靜剛度擬合關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，通過查詢得到主軸軸承的靜態(tài)預(yù)緊力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機床主軸軸承靜態(tài)預(yù)緊力測量方法，其特征在于進行主軸靜剛度測量實驗時，在主軸前端安裝電容位移傳感器于傳感器支架上，傳感器垂直安裝，且保證位于與主軸軸線垂直的平面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種機床主軸軸承靜態(tài)預(yù)緊力測量方法，其特征在于所述位移傳感器測量互成90°的主軸位移，以消除主軸圓度誤差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機床主軸軸承靜態(tài)預(yù)緊力測量方法，其特征在于對主軸進行主軸靜剛度測量時，通過液壓缸對主軸前端進行加載，施力點的位置位于主軸正下方，施力過程應(yīng)緩慢進行，在達到允許的最大位移量后，立即停止加載，保持該狀態(tài)1 2分鐘，待測試儀器讀數(shù)穩(wěn)定后再緩慢卸載。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機床主軸軸承靜態(tài)預(yù)緊力測量方法，其特征在于對主軸進行主軸靜剛度測量時，施加的徑向力應(yīng)大于主軸徑向最大抗力的0. 8倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機床主軸軸承靜態(tài)預(yù)緊力測量方法，首先，對主軸單元支撐軸承進行載荷分析，求出主軸軸承所受的徑向載荷；其次，建立機床主軸軸承靜力學(xué)模型，建立軸承預(yù)緊力與軸承靜剛度之間的擬合關(guān)系；再次，建立機床主軸靜力學(xué)模型，采用影響系數(shù)法計算主軸前端靜剛度，建立主軸軸承靜剛度與主軸靜剛度之間的關(guān)系；接著，將主軸靜力學(xué)模型和軸承靜力學(xué)模型進行集成，計算不同軸承預(yù)緊力下的主軸前端靜剛度值，從而建立軸承預(yù)緊力與主軸靜剛度之間的擬合關(guān)系數(shù)據(jù)庫；最后，通過靜剛度測量實驗測得主軸前端靜剛度，將得到的主軸靜剛度在上述軸承預(yù)緊力與主軸靜剛度的擬合關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，通過查詢得到機床主軸軸承靜態(tài)預(yù)緊力。
文檔編號B23Q17/00GK102528560SQ20111045678
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者吳文武, 張秀華, 李小虎, 洪軍, 田久良, 黃東洋 申請人:西安交通大學(xué)