溫度影響的軸承動態預緊耦合降維方法

閆 軒， 許 濤,2*， 曾柄杰

(1.西安工程大學機電工程學院， 西安 710600； 2.西安市現代智能紡織裝備重點實驗室， 西安 710600)

滾動軸承結構簡單、質量可靠且便于維護，是數控機床主軸功能部件的核心功能部件，溫升引起的熱膨脹現象嚴重影響機床主軸工作狀況，進而影響其加工精度[1-3]。軸承載荷和轉速會加劇溫升導致軸承磨損灼燒，進而導致軸承壽命降低[4]，因此摩擦溫升成為引起軸承失效的主要因素。針對該問題，近年來研究者致力于使用理論計算、三維有限元模型、理論與實驗結合方法及主軸外部冷卻等方法，研究從不同角度預測和改善熱膨脹現象[5-7]。溫升導致軸承失效加快，究其原因是高速狀態下，溫升前后軸承主要參數發生變化[8]。目前，對于軸承熱膨脹問題，絕大多數采用預測溫升和冷卻降溫，軸承參數優化角度研究較少。軸承預緊優化時，研究者常分析預緊力與軸承單一參數動態映射關系，但該方法難以兼顧其他參數與預緊力之間的動態關系。

現以電主軸常用的角接觸球軸承為對象，研究預緊力與溫升影響的軸承動態特性及動態耦合關系，采用主成分分析法對軸承預緊力與動態特性指標的影響過程實施降維。該方法的特點是通過正交變換將多種可能存在相關性變量，轉換后變量成為主成分，其選擇主成分標準一般是貢獻率大于85%[9-11]。以Jones“外軌道控制”理論為基礎[12]，構建溫度影響的軸承動態性能熱力學模型，研究與軸承預緊力密切相關的主要動力學指標，為軸承預緊力優化提供降維分析方法。……