【正文】 %允許主軸最高溫度%可見若后軸承采用中預(yù)緊，則只能在此轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)（～2300r/min）調(diào)節(jié)預(yù)緊載荷。若改為輕預(yù)緊，則計(jì)算如下：Ll50= 。El=Ll502210 (6)(T2T) = 。E=El。Dg=。 a=15。 Z=15。F=(EDg 1/3Z2/3(sin(api/180)) 5/3104/) 3/2。F = 。 Fq=FTF。 % FT=585NFq = %前軸承功損計(jì)算，轉(zhuǎn)速為2300、2600r/minV=8。 % V為潤滑油粘度f0=1。 % f0為與軸承類型有關(guān)的系數(shù)d=90。 d0=140。 Dm=(d+d=)/2。n=[2300 ，2600]。M0=f0(Vn) 2/3Dm3107；M0 =[ ，]； Fr = +003；P0=Fq+Fr=+003；P0=Fr。 C0=69800。f1=(P0/C0) 。P1=Fr = ；P1 =Fr。M1=f1P1Dm= ；M=M0+M1；M = [ ，]；P=M(n2pi/60)；=[ ，]；l=2P/504；=[ ，]；l=P/288；=[ ，]；%后軸承采用輕預(yù)緊，功率損耗計(jì)算如下d=80。 d0=125。Dm=(d+d0)/2。n=[2300 2600]。M0=f0(Vn) 2/3Dm3107。=[ , ]。 Fq=450。Fr=Fq/sin(15pi/180)。P0 =Fr 。 C0=55800。f1=(P0/C0) 。P1 =Fr 。M1=f1P1Dm= 。 M=M0+M1M = [, ]。 P=M(n2pi/60)。=[ , ]。 l=2P/504。= [ , ]。 將以上計(jì)算結(jié)果作為熱載荷加在有限元模型上進(jìn)行分析后得其溫度分布：圖20 2300r/min預(yù)緊力自調(diào)節(jié)后主軸溫度分布n=2300r/min, T1=℃。n=2600r/min, T2=℃。%主軸最高允許溫度計(jì)算F=1100Fqmin。 % Fqmin為軸承最小預(yù)緊載荷（隨轉(zhuǎn)速變），F(xiàn)為軸承預(yù)緊力最大可調(diào)量（N）F = 1021。 E=(Dg^(1/3)*Z^(2/3)*(sin(a*pi/180))^(5/3)*10^4)*F^(2/3) %對應(yīng)最大可調(diào)預(yù)緊載荷的最大套筒伸長量E =s=39。E= Ll50*22*10^(6)*(tT)39。 T=solve(s) %解溫度與伸長量關(guān)系方程 T =℃ %允許主軸最高溫度%第二次循環(huán)El=Ll5022106(T2T)。Dg=。 a=15。 Z=15。E=El。F=(EDg(1/3) Z (2/3) (sin(api/180)) (5/3) 104/) (3/2) 。F= 。Fq =FTF。 % FT =585NFq = 。%主軸前軸承功率損耗計(jì)算V=8。 % V為潤滑油粘度f0=1。 % f0為與軸承類型有關(guān)的系數(shù)d=90。 d0=140。Dm=(d+d0)/2。n=[ 2600 , 2800]。M0=f0(Vn) 2/3Dm3107。 M0 =[ , ]。Fr=Fq/sin(15pi/180) = ；P0 =Fr。 C0=69800。f1=(P0 / C0) 。P1 =Fr。M1=f1P1Dm=。M=M0+M1。= [ , ]。P=M(n2pi/60)= [ , ]。l=2P/504。=[ , ]。l=P/288。= [ , ]。將以上計(jì)算結(jié)果作為熱載荷加在有限元模型上進(jìn)行分析后得其溫度分布： 圖21 2600r/min主軸預(yù)緊力自調(diào)節(jié)后溫度分布n=2600r/min,T1=℃.n=2800r/min,T2=℃ %計(jì)算主軸所允許最高溫度F=1100Fqmin。 % Fqmin為軸承最小預(yù)緊載荷（隨轉(zhuǎn)速變），F(xiàn)為軸承預(yù)緊力最大可調(diào)量（N）F = 1021。 E=(Dg^(1/3)*Z^(2/3)*(sin(a*pi/180))^(5/3)*10^4)*F^(2/3) %對應(yīng)最大可調(diào)預(yù)緊載荷的最大套筒伸長量E =s=39。E= Ll50*22*10^(6)*(tT)39。 T=solve(s) %解溫度與伸長量關(guān)系方程 T =℃ %允許主軸最高溫度% Fq = , Fq＞Fqmin。Ll50= 。 El=Ll5022106(T2 T)。El =。Dg=。 a=15。 Z=15。E= El。F=(EDg1/3Z2/3(sin(api/180)) 5/3104/) 3/2。F = ；Fq= F TF；Fq = ；d=90。 do=140。 Dm=(d+do)/2。n=[ 2800,3000]。M0=fo*(V*n).^(2/3)*Dm^3*10^(7) M0 = [,]。 Fr=Fq/sin(15*pi/180)Fr = +003Po =Fr。 Co=69800。f1=*(Po/Co)^。P1 =Fr。M1=f1*P1*Dm。M1 = M=M0+M1。M = [ , ] P=M.*(n*2*pi/60)*。P = [ , ,]。l=2*P/504l =[, , ]。l=P/288。l = [, , ]。分析后：T1=；T2=。%計(jì)算主軸所允許最高溫度F = 1021。 E=(Dg^(1/3)*Z^(2/3)*(sin(a*pi/180))^(5/3)*10^4)*F^(2/3)= %對應(yīng)最大可調(diào)預(yù)緊載荷的最大套筒伸長量s=39。E= Ll50*22*10^(6)*(tT)39。 T=solve(s) %解溫度與伸長量關(guān)系方程 T =℃ %允許主軸最高溫度T2Tq %分析出的溫度超出所允許的最高溫度，退出計(jì)算。 計(jì)算結(jié)果⑴ 從中預(yù)緊開始調(diào)節(jié)的計(jì)算分析結(jié)果表11 套筒尺寸鋼套長度mm鋁合金套長度mm套筒長度差mm等長時(shí)長度mm表12 分析結(jié)果主軸轉(zhuǎn)速（r/min）1000 2000230026002800調(diào)節(jié)前溫度（℃）調(diào)節(jié)后溫度（℃）50調(diào)節(jié)后預(yù)緊載荷（N）1100585允許最高溫度（℃） 圖 22 從中預(yù)緊開始調(diào)節(jié)的溫度轉(zhuǎn)速曲線 圖23 從中預(yù)緊調(diào)節(jié)的預(yù)緊力轉(zhuǎn)速圖⑵從重預(yù)緊開始調(diào)節(jié)的計(jì)算分析結(jié)果：表13 套筒尺寸鋼套長度mm鋁合金套長度mm套筒長度差mm等長時(shí)長度mm表14 分析結(jié)果主軸轉(zhuǎn)速（r/min）200400800100012001300調(diào)節(jié)前溫度（℃）調(diào)節(jié)后溫度（℃）40調(diào)節(jié)后預(yù)緊載荷（N）220022001630130910181968允許最高溫度（℃） 圖24 從重預(yù)緊載荷開始調(diào)節(jié)的溫度轉(zhuǎn)速曲線 圖25 從重預(yù)緊開始調(diào)節(jié)的預(yù)緊載荷轉(zhuǎn)速曲線 結(jié)果分析由以上分析計(jì)算及圖表可見，由于預(yù)緊載荷對溫度的影響程度有限，且主軸必須在一定的預(yù)緊載荷作用下才能正常工作，該結(jié)構(gòu)只可以在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)對軸承及主軸工作環(huán)境實(shí)現(xiàn)改善。但該結(jié)構(gòu)簡單制造費(fèi)用較低，使主軸在2000～3000r/min的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的主軸溫度分布明顯改善，使軸承工作溫度降到50～60℃，相對來說該結(jié)構(gòu)的實(shí)用價(jià)值較高。上述計(jì)算采用的是普通軸承，油潤滑（輕預(yù)緊開始調(diào)節(jié)的計(jì)算）、脂潤滑（重預(yù)緊開始調(diào)節(jié)的計(jì)算），從以上分析結(jié)果還可以看出，在轉(zhuǎn)速較高（3000r/min以上）時(shí)，這種結(jié)構(gòu)已經(jīng)無能為力，從溫度主軸轉(zhuǎn)速圖可以看出，影響主軸溫升的因素還有精度、潤滑及材料等?？梢酝ㄟ^采用高精密軸承，油霧潤滑或噴油潤滑等潤滑方式來進(jìn)一步改善。若改用精密軸承或超精密軸承，在高速時(shí)調(diào)節(jié)后的效果會(huì)更加顯著。但精密軸承等的承載能力有限，且電機(jī)在低速衡扭矩段由于扭矩有限，其在低速粗加工時(shí)應(yīng)用較少，只限于高速精加工。此外，采用陶瓷等材料制造的軸承來實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速工作，也是通過減小摩擦力矩，改善主軸工作環(huán)境。目前，國際上除了采用上述方式來提高主軸轉(zhuǎn)速外，還采用磁懸浮軸承，它利用控制電磁場把轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮于事先給定的位置，由于無機(jī)械接觸、無機(jī)械磨損、無需潤滑等，因此在高速、真空及超凈環(huán)境中有廣泛應(yīng)用。 壓電陶瓷結(jié)構(gòu)預(yù)緊力自調(diào)節(jié)系統(tǒng)這種結(jié)構(gòu)是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)微小位移的控制。其中位移量的確定可按本文所介紹的方法計(jì)算得到。可以在套筒上裝溫度及轉(zhuǎn)速傳感器，直接根據(jù)檢測結(jié)果計(jì)算所需位移量而省去溫度分析過程。將所需位移量結(jié)合壓電陶瓷的具體屬性轉(zhuǎn)化為電信號來實(shí)現(xiàn)套筒的微動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)預(yù)緊載荷的調(diào)節(jié)。壓電陶瓷結(jié)構(gòu)簡圖： 圖26 壓電陶瓷結(jié)構(gòu)預(yù)緊力自調(diào)節(jié)系統(tǒng) 第五章 結(jié)論 本文設(shè)計(jì)的目的是主軸預(yù)緊力自調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過分析計(jì)算主軸所受預(yù)緊力與其溫度分布的關(guān)系，預(yù)緊力與套筒變形量的關(guān)系，最后設(shè)計(jì)套筒的最佳長度，以便使溫度降到接近要求。分析計(jì)算證明，本文采用的雙層套筒結(jié)構(gòu)在一定范圍內(nèi)可以使主軸溫度降低，但只有從中預(yù)緊、重預(yù)緊開始調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)作用比較大，使主軸轉(zhuǎn)速提高較多。在輕預(yù)緊高速情況下，由于主軸必須在一定的預(yù)緊載荷作用下才能正常工作，而且，預(yù)緊力對主軸溫升的影響程度受都轉(zhuǎn)速的影響和限制，該結(jié)構(gòu)作用不大。通過本文的分析計(jì)算，得到一種提高主軸轉(zhuǎn)速的行之有效又結(jié)構(gòu)簡單的方法——主軸預(yù)緊力自調(diào)節(jié)系統(tǒng)，提供了一種解決高速主軸的溫升問題的思路，而且提出了幾種新結(jié)構(gòu)。并且采用有限元技術(shù)進(jìn)行了熱力學(xué)分析，實(shí)現(xiàn)了主軸溫度分布及熱量流動(dòng)仿真。采用虛擬仿真技術(shù)，在設(shè)計(jì)階段可得到所開發(fā)的新產(chǎn)品的特征參數(shù)，用虛擬實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。對主軸發(fā)熱和溫升所做的虛擬仿真，比較準(zhǔn)確的得出了近似實(shí)際情況的結(jié)果，指出了切實(shí)可行的改進(jìn)措施。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜機(jī)床的新產(chǎn)品開發(fā)，顯示出了巨大的優(yōu)越性，本文的研究結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。但必須指出，虛擬現(xiàn)實(shí)和現(xiàn)實(shí)很可能存在差距，仿真逼近真實(shí)情況的程度直接影響計(jì)算精度。采用虛擬現(xiàn)實(shí)的機(jī)床虛擬制造技術(shù)使機(jī)床產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)出現(xiàn)了觀念性的變化，無疑會(huì)取代傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，成為今后產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要手段。對虛擬樣機(jī)的仿真實(shí)驗(yàn)是機(jī)床質(zhì)量的重要保證。本文所做的工作僅僅是熱力學(xué)仿真的一小部分，還有待進(jìn)一步研究。致謝本次設(shè)計(jì)中，受到指導(dǎo)老師楊慶東及劉國慶老師的悉心指導(dǎo)，在設(shè)計(jì)階段提出了許多寶貴意見，使我受益良多。雖然楊老師由于職務(wù)原因比較繁忙，仍經(jīng)常抽空對我們的設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)，并多次鼓勵(lì)我們，在此表示衷心的感謝。在設(shè)計(jì)中還得到了藤啟老師的幫助，非常感謝他對本次設(shè)計(jì)的指導(dǎo)及關(guān)心。另外，感謝同小組同學(xué)的協(xié)助于支持。大學(xué)四年的生活就要結(jié)束了，在這四年里，許多老師不僅僅傳授了設(shè)計(jì)所需基礎(chǔ)知識(shí)，專業(yè)知識(shí)，還教我們學(xué)習(xí)方法，以便以后的自學(xué)歷程。感謝所有授課老師及班主任的教導(dǎo)與幫助。在這里，謹(jǐn)向他們及支持幫助過我的同學(xué)，朋友表示感謝。 參考文獻(xiàn)高家銳. 動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸原理[M]. 重慶：重慶大學(xué)出版社，1987.張國瑞. 有限元法[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.余夢生，吳宗澤. 機(jī)械零部件手冊. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996王大康，盧頌峰. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì). 北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，2000.翟天利. 科技英語突破. 北京：外文出版社，1999.軸承. 鄭艷萍，楊曉蔚，王大力，姜韶峰. 2000，軸承. 蔣興奇，馬家駒，范谷耕. 2001，軸承. 蔣興奇，馬家駒，顧小兵. 2001，TRIBOLOGY ， and . .康元國，. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.85 第 85 頁