[发明专利]一种机床主轴轴承径向非线性刚度的确定方法

摘要

本发明一种机床主轴轴承径向非线性刚度的确定方法，考虑实际受载对轴承刚度的影响，通过间接的方法来确定实际受载的主轴轴承径向刚度。包括如下步骤，步骤1建立主轴受力模型；计算得到主轴在不同径向力作用下各轴承所受支反力；步骤2建立轴承五自由度力学模型；得到各轴承在当前径向力作用下的径向刚度；步骤3建立主轴动力学有限元模型，得到当前径向力作用下主轴前端动刚度和所有轴承径向刚度的对应关系；步骤4建立主轴前端动刚度和所有轴承径向刚度的对应关系数据库；步骤5通过主轴动刚度实验，在主轴前端施加测试径向载荷，得到设定转速下主轴前端的动刚度，在对应关系数据库中进行查询，得到主轴实际情况下所有轴承的径向刚度。

主权项

1.一种机床主轴轴承径向非线性刚度的确定方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤1，建立主轴受力模型；通过在主轴前端施加径向载荷，对主轴系统进行载荷分析，计算得到主轴在不同径向力作用下各轴承所受支反力；步骤2，建立轴承五自由度力学模型；计算出每个轴承在步骤1中对应支反力作用下的径向刚度，从而得到各轴承在当前径向力作用下的径向刚度；步骤3，建立主轴动力学有限元模型，将当前径向力作用下所有轴承的径向刚度添加到主轴动力学有限元模型中主轴相对应的节点上；在不同转速下，进行动刚度分析，求出主轴前端动刚度，得到当前径向力作用下主轴前端动刚度和所有轴承径向刚度的对应关系；具体步骤如下，步骤3.1，主轴预处理，将孔、槽和螺纹按实体处理，将各处倒角简化成直角，忽略退刀槽；步骤3.2，轴承等效处理，将每个轴承等效为四个径向分布的弹簧单元；其中，弹簧长度为轴承的内外圈半径之差，弹簧位置在主轴轴线和轴承法线的交点上；弹簧单元的刚度为步骤2中计算得到的轴承刚度矩阵；步骤3.3，主轴载荷施加，在主轴前端施加径向负载并且设置主轴转速与第二步骤中的预设转速；在主轴前端添加偏心质量，对主轴进行动刚度分析，得到主轴前端动刚度计算模型如下，其中，m为偏心质量，e为偏心质量的重心相对于主轴回转中心的偏心距，ω为主轴转速，δ为主轴前端的径向位移；步骤4，建立主轴前端动刚度和所有轴承径向刚度的对应关系数据库，通过变换径向载荷，多次重复步骤1到步骤3，分析得到不同转速下，不同径向力作用下，主轴前端动刚度和所有轴承径向刚度的对应关系，从而建立对应关系数据库；步骤5，通过主轴动刚度实验，在主轴前端施加测试径向载荷，测试得到设定转速下主轴前端的动刚度，将得到的动刚度输入到步骤4中得到的对应关系数据库中进行查询，得到主轴在实际加工过程中考虑各轴承受载情况下所有轴承的径向刚度。