电主轴用高速轴承技术及其发热分析.aspx.pdf

；嘲2 0 0 7 机械工程全国博士生学术论坛2 0 0 7 年8 月电主轴用高速轴承技术及其发热分析马丙辉，卢泽生(哈尔滨工业大学机电学院，哈尔滨1 5 0 0 0 1)摘要：高速加工需要高转速的机床，电主轴作为机床高速化的发展方向，在高速加工中得到越来越广泛的应用。高速轴承技术是电主轴的关键技术，其技术水平决定了电主轴的转速及承载能力。同时，轴承的摩擦功率产生的热量，使得电主轴温度升高，产生一定热应力和热变形，影响加工精度。因此，有必要对轴承的摩擦功率进行深入研究。文中研究了电主轴中几种常见的轴承支撑技术，从理论和实际应用上分析了其摩擦功率大小，可以为电主轴的轴承设计提供依据。关键词：电主轴；高速轴承技术；电机功率损耗；轴承摩擦功率H i g hS p e e dB e a r i n g sT _ e C h n O I O g ya n dI t sT h e r m a IA n a I y S i SO fM O t Or i z e dS p i n d I eM aB i I l g h u i，L uZ e s h e n g(H a r b i nI I l s t u I eo f T e c l l I I o I o 留S c h o o lo f M l l a l r o n i c sE n g i n r i n 吕H a r b 加1 5 0 1)A b s t-t c t：H i g hs p e e dm h i n i n gn e e d sl l i g l lr o t a t i I l gs p e e dm a c h i l I et o o l，m o t o r i z c ds p i n d I ei st I I ed e v e I o p i n ga i mo f l l i g hs p e e dm a c h i l I et o o l s，h 舔b r o a d l y 印p I i e di nh i g hs p e e dm a c l l i I I i l l 吕H i g hs p e e db e a r i n g sa 心t 1 1 ep i V o t a lt e c l l I I o l o g yi nm o t o r i ds p i n d l e，t h et e c l I I l o l o g yI e v c lo f b e 响g sI i I I l“m t a t i I l gs p e e d 鲫dl o a d i I l gc 印a c 时i l lm o t o r i z e ds p i n d l e，趴dt l l e 衔c t i o np o w e ro f b ea r j h 笋b r i n gh e a t，t I s ec c m p e 豫c l I r ei I I c m 嬲j f l 吕S om o f o r i z e ds p i I I d I ei si I lt l I e 咖a ls 打船s 觚db r o u 曲tt I l e 锄a Id i s t o r t j o I l w 埘c hi n n u e n c em a c h i n i I I gp r e c i s i o no fm o t o r i z e ds p i I l d l e I ti se s s e n t i a lt 0i I l v c s t i g a t e 衔c“o np o w e ro fb e a r i n 笋d e e p ly I nt l l ep 印e r，b e a r i n g st e c h o I o g i e sa r es t u d i e d，衔c 石o np o w e ra r cc a l c u l a t e db 丛e do nt l l e o r y 龇d 印p I i c a t i o I I w r h i c hp m v i d et I l e o r ys u p p l yf o rb c a r i I I 笋d e s i g no f m o t o r 协ds p i l l d l e b yw O r d s：m o t o r i z e ds p i n d I e；h i g hs p e e db e a r i l I g st e c I I I l o l o g y；m o t o rp o w e rw 骶t a g e：b e a r i n g s 饿c t i o np o w e r1 引言以高切削速度、高进给速度和高加工精度为特征的高速加工，是继数控加工技术之后，制造技术产生作者简介：马丙辉(1 9 7 9 m 5)，男，安徽阜阳，哈尔滨工业大学机械制造及其自动化专业，在读博士研究生。E-m a i l：m a b i n g l l u i _ 1 1 i t y a I l o o c o m c n8 1 3；嘲2 0 0 7 机械工程全国博士生学术论坛2 0 0 7 年8 月的又一次革命性飞跃的先进技术，与精密加工、高能束加工和柔性自动化加工一起被称为当代四大先进制造技术。高速加工技术的发展，促使了机床的一个发展方向机床高速化。目前，某些国外厂商的三轴、五轴高速加工中心可以达到3 0 0 0 0 6 0 0 0 0 r m i n 的转速，我国沈阳第一机床厂生产的B w 6 0 H s 高速加工中心转速可达l6 0 0 0 r r n i n。随着变频调速和电机矢量控制技术的迅速发展和日趋完善，高速数控机床主传动系统的机械结构得到极大的简化，基本上取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链长度缩短为零，实现机床的“零传动”，这种主轴电动机和机床主轴合为一体的传动结构形式，称之为主轴单元，即为电主轴(M o t o r i z e ds p i n d l e)l“。电主轴由内装式电机直接驱动，省去了皮带、齿轮、联轴节等中间变速和传动装置，具有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动小以及相应快的优点，并且可以实现较高的转速范围和无极调速。电主轴是机床主轴与电机主轴融合为一体的新技术产品，它融合技术主要有：变频调速技术、高速轴承技术、冷却装置、润滑装置和关键制造装配技术，其中高速轴承技术是电主轴中的关键的技术，因为轴承转速能力决定了电主轴的转速范围，轴承的发热量将导致电主轴温度升高，影响电主轴性能。确切分析不同轴承技术和摩擦功率，为电主轴的设计及热态研究提供依据，这便是本文研究所在。2 高速轴承技术电主轴是高速、精密主轴单元，承受较大径向和轴向切削负荷。其轴承首先必须满足高速旋转运动的要求，并且要求有较高的回转精度和较低的温升。此外，还要求具有较高的径向、轴向刚度和较长的使用寿命，特别是保持精度的寿命。轴承的选型及其润滑方式直接决定主轴的性能和使用寿命。目前，电主轴采用的轴承主要有磁悬浮轴承、流体静压轴承和滚动轴承。2 1滚动轴承滚动轴承具有刚度高、高速性能好、结构简单紧凑、标准化程度高、价格适中和便于维修更换等优点，因而在电主轴中得到广泛的应用。目前，电主轴一般采用的是适应高速且同时可以承受径向和轴向负荷的精密角接触球轴承。角接触球轴承一般必须在轴向有预加载荷条件下才能正常工作。预加载荷不仅可以消除轴承的轴向间隙，还可与提高轴承刚度，主轴旋转精度，抑制振动和钢球自转时的打滑现象。随着陶瓷制造水平的提高，出现了一种以陶瓷球取代角接触球轴承中金属球的新型轴承一陶瓷球轴承，与角接触球轴承相比，陶瓷球具有优良的性能。陶瓷球轴承是采用氮化硅(S i 3 N 4)陶瓷球，辅助以钢质的内外环的角接触球轴承。氮化硅陶瓷的密度只有轴承钢的4 0，热膨胀系数是轴承钢的2 5，弹性模量为轴承钢的1 5 倍，硬度为轴承钢的2 3 倍，氮化硅陶瓷还具有耐高温、不导电导磁优点以及与金属之间不产生咬合”效果，磨损物也不会嵌入陶瓷球中。目前，陶瓷滚动轴承的D 值高达3 70 6，尽管陶瓷球轴承价格约为钢质球轴承的2 2 5 倍，但是陶瓷轴承寿命可提高3 6 倍，可见其性价比还是很高。德国G M N 公司和瑞士s T E P-T E c 公司用于加工中心和铣床的电主轴全部采用陶瓷轴剥引。8 1 4|嘲2 0 0 7 机械工程全国博士生学术论坛2 0 0 7 年8 月2 2 孝缸体静压轴承流体静压轴承是非接触式轴承，它以一定压力的流体通过节流小孔(或节流沟槽)，进入轴承而形成压力气膜支撑主轴运转，具有磨损小、寿命长、旋转精度高和抗振性好等优点。流体静压轴承分为两种类型：气体静压轴承和液体静压轴承。气体静压轴承刚度小，承载能力较低，空气静压轴承的电主轴一般限于小孔磨削和钻孔；液体静压轴承刚度高，承载能力大，不足是液体介质摩擦损耗高、轴承温升高。流体静压轴承需要一套压力稳定，过滤严格的供应流体的系统，经济上增加了电主轴的费用，但是流体静压轴承寿命较长，合理使用寿命可达几年，而不需进行维修。电主轴的使用，应避免短时间内，拆卸维护维修。因此，从长远的观点考虑，采用流体静压轴承是经济的。2 3磁悬浮轴承磁悬浮轴承依靠多幅在周围上互为1 8 0 度的电磁铁产生径向方向相反的吸力(或斥力)，将主轴悬浮在空气中。轴颈与轴承不接触，径向间隙在lm m 左右。当轴承承受载荷时，主轴的空间位置发生徼弱变化，由位置传感器测出其变化值，通过电子自动控制与反馈装置，改变相应的磁极吸力(或斥力)值，使其迅速恢复到原来的位置，使主轴始终绕其惯性轴高速旋转。图l 为磁悬浮原理图，磁悬浮具有机械磨损小、能耗低、噪音小、寿命长、无须润滑、无油污染的优点；但是其价格昂贵，控制系统复杂，电磁发热问题不易解决。目前，主要应用在空间技术及军事工业I 引。图l 磁悬浮轴承原理图F i 9 1S k e t c hm 印o f m a 朗e t i cb e 撕n g3 电主轴发热分析由于电主轴结构采用的内置式电机，结构紧凑，因此自然散热效果较差，对于大多数的电主轴而言，必须设计专门的冷却通道，以便风冷或水冷散热。电主轴的热源主要是内置式电动机的发热和轴承的摩擦发热。3 1电机的发热电机的发热主要是电机各种损耗功率转化的热量，这些功率损耗主要有：铁心损耗、绕组损耗和机械损耗，假设电机功率损耗全部转化为热量，则其中2 3 由定子产生，其他的1，3 热量由转子产生1 4】。从电机的输入功率和输出功率考虑，损耗功率则为电机的输入输出功率之差，表l 为感应电动机与负荷率及功率8 1 5 嘲2 0 0 7 机械工程全国博士生学术论坛2 0 0 7 年8 月因数的关系【5】，考虑到感应电动机的负荷状况，则有如下关系：P j n=P 饨t|T l吃=圪一只。=只。(1 刁一1)最最=l 一叩式中：圪感应电动机输入功率，w；吃感应电动机输出功率，w；，感应电动机的功率损耗，f o 为感应电动机的满负荷下的输出功率，w；刁感应电动机的效率；吃，圪定义为感应电动机的损耗率。表l 为感应电动机与负荷率及功率因数的关系爿T a b I e lR e I a t i o l l S h i pb e t、)l r e e nl o a dr a t ea 1 1 dp o w e r f a c t o ro f i n d u c e dm o t o r(1)(2)(3)图2 为感应电动机损耗(损耗率)与负荷率的关系曲线，从图中可以看出，随着负荷率的增大，电动机的损耗率下降，电动机的功率损耗增大。对于，功率小的感应电动机，在负荷率由2 5 到满载范围内，电动机的功率损耗变化量不大。碍攥鞲攫辎窭需蜜氆镩感应电动机负荷率图2 感应电动机损耗(损耗率)与负荷率曲线F i 9 2C u r、，e0 f m ei n d u c e dm o t o rw 船t a g eo rw 硒t a g er a t c 觚dI o a dr a t e8 1 6獭2 0 0 7 机械工程全国博士生学术论坛2 0 0 7 年8 月3 2轴承的摩擦功率(1)滚动轴承的摩擦功率滚动轴承的摩擦功率是轴承的摩擦力矩与轴承角速度的乘积：r：M：罢M(4)73 0P a I m g r e n 基于轴承摩擦力矩的测量结果，提出了较为准确的计算公式，轴承的总摩擦力矩可表示为6 1：M=M+虬(5)M=石墨D 册(6)帆磊器3式中：M 载荷摩擦力矩，N 稷m；帆粘性摩擦力矩，N 稷m；D 肼轴承的平均直径，m m；五与轴承类型和润滑方式有关的系数；v 工作温度下润滑剂的运动粘度，I l l m 2 s；力轴承转速，r m i n；Z 与轴承类型和所受载荷有关的系数；最轴承摩擦力矩的计算载荷，N。(2)静压轴承的摩擦功率液体静压轴承在工作状态时，特别当主轴转速较高的情况下，由于润滑油的粘度，轴和轴承表面的相对运动对油层起剪切作用，油液各层间的内摩擦力消耗功率，并产生摩擦热，液体静压径向轴承摩擦功率表达式为：州即却(鲁+去)陪)2液体静压止推轴承摩擦功率的表达式为：，_ 1 0 6 l o-7 气【(D 2 一B 2)+(D 2 2 一D 1 2)】(9)空气静压轴承与液体静压轴承原理相同，都是采用流体静压支撑，结构设计有相似之处。空气静压轴承的轴承刚度、承载能力较液体静压轴承低；空气的粘度系数较低，在低速下，可以忽略空气静压轴承的摩擦功率，高速运转下，可以以公式(8)和(9)计算。8 1 7 嘲2 0 0 7 机械工程全国博士生学术论坛2 0 0 7 年8 月电主轴设计要求：额定功率为8 K w，额定电压为3 8 0 V(接)，效率8 5，功率因素为0 8 0，额定转速1 0 0 0 0 r m i n。确定电机尺寸：定子外径1 3 0 m m，定子内径8 3 m m，转子外径8 2 4 m m，转子内径3 8 m m。根据电机转子尺寸，可选择角接触球轴承支撑，见表2 所示的轴承型号和尺寸；若设计成液体静压电主轴，则液体静压轴承尺寸如下，见表3 所示。表2 F A G 公司角接触球轴承T a b l e 2A n g 山a rc o n t a c tb a l lb e 撕n go f F A Gc o m p 卸y型号内径外径宽度c“K N)c。“K N)脂润滑转速油润滑转速重量一。(m m)(m m)(m m)、(r，m i I I)(r，f n i n)g)7 0 0 5 C7 2 0 5 C2 54 71 21 1 57 4 51 2 0 0 01 7 0 0 0O 0 7 42 55 21 51 6 5l O 51 1 0 0 01 6 0 0 0O 1 23 05 51 31 5 21 0 29 5 0 01 4 0 0 0O 1 l7 2 0 6 C3 05 51 62 3 O1 5 O9 0 0 01 3 0 0 0O 1 9 l表3 液体静压轴承尺寸T a b l e 3S i z eo f h y d m s t a t i cb e 硎n g径向轴承尺寸(m m)止推轴承(m m)净2 胆9 0；=1 O D=9 0；，I=6 l=o 1 D：9，卢7 2；幻=4，句=O 8；：，_ 1 5，幻=o 0 3；口，=3 0 a=0 5 2 3 6 弧度；9 产4 4 0=0 7 6 1 6 弧度；D=2 胆9 0；|R=R+0 5=4 5+O 5=4 5 5，尺，=1 2 R=5 4，尺尹1 4 R=6 3，彤=1 6 R=7 2；=，=3 0 6 0)=(3 0 6 0)7 0 3=o 9 1 8，取：尸1 5；O 0 3；轴径半径间隙主轴轴承直径配合间隙的公差4 轴向间隙的公差=7 0 0 3，=O 0 0 3 5。轴肩厚度仔=o 丝声1 8。图3 为角接触滚动轴承摩擦功率与载荷的关系曲线。从图中可以看出，滚动轴承摩擦功率随着载荷的增加而增大；而且在较大的一个载荷范围内(4 0 0 0 N)，轴承的摩擦功率不高，在2 0 0 w 以内；在保证主轴支撑刚度情况下，改变轴承型号，选择较大额定静负荷或较小内径的轴承，对轴承摩擦功率的影响不大，因此在选择轴承时，可根据结构尺寸状况，选择宽、窄不同系列的轴承。8 1 8嘲2 0 0 7 机械工程全国博士生学术论坛2 0 0 7 年8 月图3 轴承摩擦功率与轴承载荷曲线图F i 9 3C u r v eo f b e a 血g s f H c t i O np O、v e ra n dI o a d温度影响润滑油的粘度，静压轴承摩擦功率为润滑油动力粘度的函数，因此温度对轴承摩擦功率有影响，图4 为静压轴承的摩擦功率与润滑油(空气)温度的关系曲线。图中曲线表明，空气静压轴承的摩擦功率很小，约在0 0 1 w 左右，这与参考文献【7】中的数据相符；液体静压轴承的摩擦功率受温度影响较大，高温下摩擦功率较小，低温时摩擦功率较大。为保证高速加工中的精密，尽可能减少电主轴自身热变形对加工误差的影响，因此，应保证电主轴工作时具有较低的温度场，并且热应力场平衡，以使得电主轴热变形尽可能小。但是，液体静压轴承摩擦功率低温状态下较大，又产生较多的热量，使得电主轴温升较大，这两者相矛盾，因此有必要采取一种高效的散热方式，以保证液体静压电主轴产生的热量快速传递到外部，并且通过热交换被带走。这部分工作，将在另外的文章中做一探讨。瓣督鼙避皤器H a鑫静压轴承润滑油(空气)温度图4 静压轴承摩擦功率F i 9 4F d c t i o np o w 玎o f h y d r o s t a t i cb e a r 访g8 1 9瀚2 0 0 7 机械工程全国博士生学术论坛2 0 0 7 年8 月5 结论电主轴是高速加工的主轴单元，其转速高低取决于高速轴承技术。目前，主要的支撑方式有角接触球轴承、静压轴承和磁悬浮轴承，本文研究了电主轴用高速轴承技术及其摩擦功率，得出如下结论：(1)角接触球轴承具有刚度高、价格适中和便于维修等优点，是目前广泛应用的电主轴支撑方式。(2)静压轴承和磁悬浮轴承，尽管具有摩擦、磨损小，寿命长的优点，但是需要附加的动力或控制系统，目前这两类支撑方式的电主轴仍不是主流的产品，但是已经有面世的商品，除了初次的投入费用较高外，磁悬浮轴承和静压轴承具有较好的性价比。(3)电主轴中内置电机的损耗功率与其负荷率相关，满载时电机的损耗功率最大。(4)比较角接触球轴承、空气静压轴承和液体静压轴承的摩擦功率，空气静压轴承摩擦功率值最小，可忽略不计；液体静压轴承摩擦功率较大，必须采取一定的冷却方式，以保证轴承发热不能过大，影响电主轴的正常工作。参考文献：【l】吴玉厚数控机床电主轴单元技术口咽北京：机械工业出版社，2 0 0 6，3：l【2】张伯霖，杨庆东，陈长年高速切削技术及应用 M】北京：机械工业出版社，2 0 0 2，9：6 1 9 3【3】周洁用于卫星飞轮的磁悬浮驱动技术研究与展望【J】徽电机2 0 0 3，2：4 3-4 6【4】魏书慈，邱建甫译电动机的空气动力学与热传递M 北京：机械工业出版社，1 9 8 5，9：2 5 1-3 4 4【5】陆安定功率因数与无功补偿嗍上海：上海科学普及出版社，2 0 0 4，2：3 9【6】万长森滚动轴承的分析方法嗍北京：机械工业出版社，1 9 8 7，3：2 7 1 2 8 0【7】陈世钰大功率空气静压轴承电主轴川中国机械工程2 0 0 1，1 2(3)：2 6 8-2 6 9电主轴用高速轴承技术及其发热分析电主轴用高速轴承技术及其发热分析作者：马丙辉，卢泽生作者单位：哈尔滨工业大学机电学院,哈尔滨150001 相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文 马丙辉.卢泽生.MA Bing-hui.LU Ze-sheng 基于电主轴的高速轴承及其热分析-机械设计与制造2008,(11)高速加工需要高转速的机床,电主轴作为机床高速化的发展方向,在高速加工中得到越来越广泛的应用.高速轴承技术是电主轴的关键技术,其技术水平决定了电主轴的转速及承载能力.同时,轴承的摩擦功率产生的热量,使得电主轴温度升高,产生一定热应力和热变形,影响加工精度.因此,有必要对轴承的摩擦功率进行深入研究.研究了电主轴中几种常见的轴承支撑技术,从理论和实际应用上分析了其摩擦功率大小,可以为电主轴的轴承设计提供依据.2.学位论文 栾景美 超高速加工机床用电主轴及其矢量控制方法研究 2003 本文从超高速加工技术飞速发展的背景出发，讨论了超高速电主轴对超高速加工技术发展的重要作用和意义；分析了超高速电主轴研究的国内外现状及发展趋势；详细论述了超高速电主轴的关键技术，包括电主轴结构优化设计、高速轴承技术、油气润滑技术、精密加工与精密装配技术以及内装式电机设计制造技术等，并深入研究了超高速电主轴无速度传感器矢量控制系统的数字仿真技术。计算机仿真作为一种现代设计方法，在无速度传感器矢量控制系统开发中可以缩短开发周期，降低开发成本，提高应用开发的成功率，是矢量控制系统开发中不可缺少的手段。本文在MATLABSimulink中建立了整个矢量控制系统的仿真模型。为了得到高的动静态性能，系统结构采用转速和磁通双闭环控制。为了保持转子磁通恒定，采用了混合式磁通模型，它可以保证全速范围内磁通观测的准确性。为了提高系统的可靠性，本文采用速度观测器来替代传统的速度传感器进行转速反馈，并提出了无功功率MRAS转速估计法，提高了转速观测的精度以及系统对电气参数变化的鲁棒性。3.学位论文 张志润 超高速电主轴设计及热态性能的研究 1997 超高速切削是近十年来发展起来的一种先进制造技术.高速切削机床是实现高速切削的前提条件,高速切削机床大都采用电机主轴,实现了机床主轴系统的零传动.该文从静态分析角度,对轴承型式及配置、最佳跨距等方面进行了优化设计;从动态分析角度,评价了电主轴单元的抗振性;从热态特性角度,分析了电主轴单元热变形机理,进行了电主轴单元的温度场计算主试验;另外,对高速轴承合理润滑进行了研究讨论.该文为开发高速主轴单元提供了必要的理论依据和试验数据.4.期刊论文 杨柳欣.高作斌 高速精密角接触球轴承在电主轴中的应用-轴承2002,(9)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.本文从实践角度分析了如何在电主轴中科学地应用高速精密角接触球轴承.5.期刊论文 李东伟.杨光.刘秀娟.Li Dong-wei.Yang Guang.Liu Xiu-juan 高速加工机床主轴支承系统的研究-机械研究与应用2006,19(6)介绍高速加工机床用电主轴的特性及应用现状,分析加工机床电主轴系统的理想结构、陶瓷球轴承、电磁浮轴承、液体动静压轴承的特性及其在高速主轴单元中的应用,并以高速数控随动曲轴磨床的主轴支承系统设计为例,说明如何选用设计合适的高速加工机床主轴支承系统.6.学位论文 徐延忠 高速磨削电主轴关键技术的研究 2004 高速电主轴是高速加工机床的核心功能部件,开发拥有自主知识产权的电主轴是机械加工行业的迫切需求.针对高速(51000r/min)磨削用电主轴的开发,开展了比较系统的设计研究工作.1.完成了6SD51型高速磨削电主轴的结构设计工作,制造出了首批样机(与无锡机床股份有限公司合作).结构上采用当前比较流行的内置电机、水循环冷却、角接触混合陶瓷球轴承支承、油气润滑与弹簧预紧的典型形式.试运行发现:各项性能指标基本达到设计要求,但临界转速未达到设计值,轴承使用寿命未达到额定值.2.根据滚动轴承的分析理论建立了角接触轴承的动态模型,对其动态特性进行了研究,并开发出了通用的滚动轴承分析软件.研究结果表明:随转速升高,轴承的接触角、接触应力、内圈位移、旋滚比及刚度均呈现显著的非线性变化特征.其中内圈轴向位移先小幅降低而后急剧增大;轴承径向刚度及轴向刚度值也是先下降而后上升,且变化范围较大.陶瓷球轴承的动态性能明显优于传统的钢球轴承.滚动轴承动态特性分析软件可对不同规格、大转速范围内的球轴承进行动态分析,并具有较强的后处理功能,能输出各类动特性性参数的数据和曲线图.3.在考虑轴承刚度随转速非线性变化的情况下,建立了电主轴转子轴承系统的动力学分析模型,基于传递矩阵法开发出了通用计算软件,对其临界转速特性进行了系统研究.研究结果表明:轴承径向刚度的非线性软化现象导致电主轴前两阶临界转速显著降低,高速主轴临界转速计算必须考虑主轴转速对轴承刚度的影响;电主轴的第一、第二阶临界转速均随轴承轴向预紧力的增大而有所升高,但一阶临界转速升幅不大;砂轮参数是影响临界转速的主要因素,随着砂轮悬伸长度与质量的增大,转子的一阶临界转速较大幅度下降,但二阶临界转速下降趋势不明显.电主轴动力学分析软件具有较强的前、后处理功能,可计算其任意阶的临界转速并输出主振型.4.为优选油气润滑参数,延长轴承使用寿命,设计了高速轴承润滑性能试验台,包括滚动轴承径向刚度测试台、固液二相流接触疲劳试验台及固液气三相流润滑试验台,并设计了试验方案.目前,试验台的核心部件-被试轴承组件已研制并装配,外围设备,包括油气发生器、液压油站、变频器和各类传感器等均已到位.7.期刊论文 周有华.张葵.徐同申.郝伟 电主轴在高速轴承试验中的应用-轴承2001,(3)轴承试验是考核轴承性能和寿命必需的，是轴承从产品设计到主机使用之间的一个重要环节。轴承试验可随主机一起进行，更多的是在专门的试验机上进行。试验机一般由试验主体、拖动装置、加载装置、润滑系统、控制系统和测试系统组成。1 试验机传统拖动方式的局限性 传统的拖动方式一般是原动机如交流电动机或直流电动机产生的旋转运动经由皮带传动或齿轮传动或变速机构传递给试验轴承。系统可靠性差、噪声大、振动大和试验转速受限制等缺陷是该传动方式无法避免的。8.学位论文 张丽 高速轴承主轴系统静动态性能分析及其CAD研究 2004 高速轴系的转子动力学性能的分析设计是直接决定主轴性能设计的一项重要内容,主轴的转子动力学特性对机床的加工精度和效率、主轴轴承的寿命和其它关键部件的正常工作等方面都有着至关重要的影响.高速电主轴系统的转速很高,通常都采用角接触球轴承作为支承,由于滚动轴承的支承刚度呈非线性形式,特别在高速和超高速情况下,滚动轴承内部的动力学状态十分复杂,由于滚动体运动所产生的离心力作用,使得影响其支承刚度的因素增多,不能作为常规的线性支承和普通的非线性支承处理.该文在分析主轴性能的同时,详细阐述了高速情况下各支承处的轴承工作参数的求解方法.建立了滚动轴承的拟静力学分析模型,应用有限元法,将轴承的支承刚度带入整个轴系的刚度矩阵进行分析,计算出包括临界转速在内的轴系转子动力学性能和各个轴承的工作参数.在此分析的基础上,开发出高速轴承-主轴系统静动态性能计算机辅助计算分析程序,并通过实验对计算结果进行了验证.该软件的开发对高速轴系的计算机辅助设计具有重要的实际指导意义.9.期刊论文 徐浩.许颖 高速机床主轴用陶瓷球轴承动态性能试验分析-轴承2005,(2)对高速磨床主轴用陶瓷球轴承B7005C/HQ1P4在不同转速、载荷及润滑条件下的运转特性进行试验,结果表明:电主轴在80 000 r/min的转速下仍能正常运转;在起始温度、转速、润滑及冷却相同的条件下,陶瓷球轴承较钢制轴承摩擦力矩小、温升低;在润滑不充分的情况下,陶瓷轴承具有良好的运转特性.10.学位论文 蒋天合 高速滚动轴承油气两相流润滑实验研究 2008 随着现代工业的发展，高速轴承的应用越来越广泛，并且使用条件越来越苛刻，保持轴承使用性能的正常发挥越显重要。本课题结合江苏省十五科技攻关项目(BE2004025)，对磨床用高速电主轴轴承进行了油气润滑实验研究，为合理确定电主轴润滑参数提供了依据。1.在原有基础上改进研制了高速滚动轴承油气润滑实验台，使其具有结构紧凑，拆装更换部件方便，可实验不同型号轴承，对安装精度要求不高，适应性好等优点。实验部分利用两套实验台展开，并将结果进行了比较。利用原实验台分别进行了32、46和68抗磨液压油在10000rpm、15000rpm、20000rpm、25000rpm和管道长度分别为1m、3m、5m、7m、9m、11m情况下的单因素实验，总结了影响规律。2.进行了正交实验，以润滑油类型、润滑油量和管道长度为实验因素，研究了在10000rpm和20000rpm转速下的最低温升组合，得到了影响温升的主要因素、次要因素和摒弃因素，依此找出降低轴承温升的方向。利用新实验台进行了预紧力对温升影响的实验，得出在转速一定时，预紧力在一定范围内变化对轴承温升影响不大，步进加载比一步加载时温升低，这对提高加工速度具有一定指导意义。油气调温装置对轴承温升影响非常大，较低的气温有利于降低轴承温升。3.利用经典热力学理论和ansys软件对轴承的温升进行了计算，并将计算结果与实验结果进行对比，认为实验结果是比较科学的。本文链接：http:/