[发明专利]基于轴承磨配间隙的机床主轴径向跳动计算方法

权利要求书

1.一种基于轴承磨配间隙的机床主轴径向跳动计算方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)基于赫兹点接触理论，对机床主轴前角接触球轴承和后角接触球轴承分别进行接触分析：

(1.1)分别计算前角接触球轴承和后角接触球轴承的主曲率和及主曲率差，并利用前角接触球轴承的主曲率和及主曲率差，计算前角接触球轴承的载荷-位移系数K_nf，利用后角接触球轴承的主曲率和及主曲率差，计算后角接触球轴承的载荷-位移系数K_nb；

(1.2)基于主轴轴承的结构及安装方式，并利用主轴的基本设计参数，计算前角接触球轴承的理论轴向力F_af和理论径向力F_rf，同时计算后轴承的理论轴向力F_ab和理论径向力F_rb；

(1.3)基于赫兹点接触理论，利用前角接触球轴承的载荷-位移系数K_nf、前角接触球轴承的轴向力F_af和径向力F_rf，计算机床主轴前角接触球轴承的承载角度ψ_f及每个受载滚动体的接触载荷Q_i、接触变形δ_0i、接触应力p_i、每个受载滚动体与内圈接触椭圆区域的半长轴长度a_i和半短轴长度b_i；利用后角接触球轴承的载荷-位移系数K_nb、后轴承的轴向力F_ab和径向力F_rb，计算后角接触球轴承的承载角度ψ_b及每个受载滚动体的接触载荷Q_j、接触变形δ_0j、接触应力p_j、每个受载滚动体与轴承内圈接触椭圆区域的半长轴长度a_j和半短轴长度b_j；

(2)计算机床主轴前角接触球轴承的时变磨损Δ_f和后角接触球轴承的时变磨损Δ_b：

(2.1)利用机床主轴前角接触球轴承的承载角度ψ_f，计算机床主轴前角接触球轴承内圈每分钟的应力循环次数J_f；利用机床主轴后角接触球轴承的承载角度ψ_b，计算机床主轴后角接触球轴承内圈每分钟的应力循环次数J_b；

(2.2)利用机床主轴前角接触球轴承每个受载滚动体与内圈接触椭圆区域的半长轴长度a_i，计算前角接触球轴承在每个接触区域内单次接触应力下的滑移距离L_i；利用机床主轴后角接触球轴承每个受载滚动体与内圈接触椭圆区域的半长轴长度a_j，计算后角接触球轴承在每个接触区域内单次接触应力下的滑移距离L_j；

(2.3)利用机床主轴前角接触球轴承内圈每分钟的应力循环次数J_f和机床主轴前角接触球轴承在每个接触区域内单次接触应力下的滑移距离L_i，计算机床主轴前角接触球轴承的时变磨损Δ_f；利用机床主轴后角接触球轴承内圈每分钟的应力循环次数J_b和机床主轴后角接触球轴承在每个接触区域内单次接触应力下的滑移距离L_j，计算机床主轴后角接触球轴承的时变磨损Δ_b；

(3)计算机床主轴前角接触球轴承安装后的径向游隙δ_rf和后角接触球轴承安装后的径向游隙δ_rb；

(4)计算机床主轴前角接触球轴承磨配间隙下机床主轴回转中心时变位移量δ₁和机床主轴后角接触球轴承磨配间隙下机床主轴回转中心时变位移量δ₂：

(4.1)通过分析机床主轴角接触球轴承的安装精度，得到安装后角接触球轴承内圈椭圆的长轴长度2a和短轴长度2b；

(4.2)根据机床主轴前角接触球轴承安装后的径向游隙δ_rf和机床主轴前角接触球轴承的时变磨损Δ_f，计算前角接触球轴承的时变磨配间隙e_f；根据机床主轴后角接触球轴承安装后的径向游隙δ_rb和机床主轴后角接触球轴承的时变磨损Δ_b，计算后角接触球轴承的时变磨配间隙e_b；

(4.3)根据前角接触球轴承的时变磨配间隙e_f，计算前角接触球轴承内圈长轴在垂直方向上时机床主轴的回转中心时变位移量y_1f和内圈短轴位于垂直方向上时机床主轴的回转中心时变位移量y_2f；根据后角接触球轴承的时变磨配间隙e_b，计算后角接触球轴承内圈长轴在垂直方向上时机床主轴的回转中心时变位移量y_1b和内圈短轴位于垂直方向上时机床主轴的回转中心时变位移量y_2b；

(4.4)利用前角接触球轴承内圈长轴在垂直方向上时机床主轴的回转中心时变位移量y_1f和内圈短轴位于垂直方向上时机床主轴的回转中心时变位移量y_2f，计算机床主轴前角接触球轴承在磨配间隙下主轴回转中心时变位移量δ₁；利用后角接触球轴承内圈长轴在垂直方向上时机床主轴的回转中心时变位移量y_1b和内圈短轴位于垂直方向上时机床主轴的回转中心时变位移量y_2b，计算机床主轴后角接触球轴承在磨配间隙下主轴回转中心时变位移量δ₂；

(5)计算机床主轴前端的时变径向跳动Δ：

(i)当机床主轴前角接触球轴承与后角接触球轴承的径向跳动最高点在主轴回转中心异侧时，利用前角接触球轴承在磨配间隙下主轴回转中心时变位移量δ₁和后角接触球轴承在磨配间隙下主轴回转中心时变位移量δ₂，计算机床主轴前端的时变径向跳动Δ；

(ii)当机床主轴前角接触球轴承与后角接触球轴承的径向跳动最高点在主轴回转中心同侧时，利用前角接触球轴承在磨配间隙下主轴回转中心时变位移量δ₁和后角接触球轴承在磨配间隙下主轴回转中心时变位移量δ₂，计算机床主轴前端的时变径向跳动Δ。