钢丝滚道球轴承的预紧与支承刚度理论及实验研究

论文摘要

近年来,钢丝滚道球轴承(Wire race ball bearing, WRBB)作为一种新型的非标准轴承具有回转精度高、转动惯量小、承载能力强以及尺寸设计灵活等优点已被广泛地应用于各个行业和领域。本文研究的某型号飞行器仿真转台中WRBB要求有高的定位精度、支承刚度和低的摩擦力矩。基于此本文对WRBB轴系的预紧量控制、支承刚度进行了理论与实验研究。本文首先针对采用测定轴承摩擦起动力矩的方法来控制WRBB的预紧量问题进行了研究。在对轴承摩擦力矩产生机理研究的基础上,基于弹性滞后理论、微滑窄带理论、琼斯滚道控制理论和叠加原理,建立了摩擦起动力矩与预紧量关系的数学模型;在对WRBB起动时空间力系分析的基础上,基于库仑滚动摩阻定律和空间力偶等效定理,建立了滚动摩阻起动力矩与预紧量关系的数学模型。以某型号飞行器仿真转台中的WRBB为实例,通过MATLAB?编程求解绘制出两种数学模型的理论曲线。设计了起动力矩实验测量方案,组建了实验测量系统,验证了上述两个数学模型的正确性,实现了通过测量摩擦起动力矩的方法来控制预紧量,有效地解决了WRBB轴系预紧量控制问题。WRBB应用于三轴仿真转台大尺寸主轴轴系中,是主要的承载元件,并且主轴系统的振动特性及运转稳定性都与轴系的支承刚度有着极为密切的关系。因此,本文在对WRBB复杂轴承系统力学模型简化的基础上,应用赫兹接触理论、虚位移原理、余弦定理、洛必达法则、载荷分布理论,分别建立了WRBB轴向、径向以及翻转支承刚度的数学模型。设计了支承刚度实验测量方案,研制了轴向、径向、翻转加载装置,并组建了上述支承刚度的实验测量系统,验证了支承刚度数学模型的正确性,为工程实际应用提供了参数依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 WRBB 的特点及应用
• 1.2.1 WRBB 的结构及特点
• 1.2.2 WRBB 的应用领域
• 1.3 课题背景及意义
• 1.4 WRBB 的国内外研究状况
• 1.4.1 WRBB 的国外研究状况
• 1.4.2 WRBB 的国内研究状况
• 1.5 本课题的主要研究内容
• 第2章 轴系起动力矩与预紧量关系数学建模
• 2.1 引言
• 2.2 接触理论及其在 WRBB 中的应用
• 2.2.1 接触理论基础
• 2.2.2 接触理论在 WRBB 中的应用
• 2.3 轴承摩擦力矩产生机理
• 2.4 摩擦起动力矩与预紧量关系的数学建模
• 2.4.1 弹性滞后摩擦起动力矩
• 2.4.2 微滑差动摩擦起动力矩
• 2.4.3 滚珠自旋摩擦起动力矩
• 2.4.4 摩擦起动力矩与轴系预紧量数学关系
• 2.5 摩擦起动力矩与预紧量关系实例分析
• 2.6 滚动摩阻起动力矩与预紧量关系的数学建模
• 2.6.1 数学模型的边界条件假设
• 2.6.2 起动时空间力系分析
• 2.6.3 滚动摩阻起动力矩与轴系预紧量数学关系
• 2.7 滚动摩阻起动力矩与预紧量关系实例分析
• 2.8 本章小结
• 第3章 轴系起动力矩与预紧量关系实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验测量方案
• 3.3 实验测量步骤
• 3.4 实验结果与分析
• 3.4.1 起动滚动摩阻系数的确定
• 3.4.2 起动力矩与预紧量关系的理论与实验结果对比
• 3.5 本章小结
• 第4章 轴系支承刚度数学建模
• 4.1 引言
• 4.2 力学模型的建立
• 4.3 轴向支承刚度的数学建模
• 4.4 径向支承刚度的数学建模
• 4.5 翻转支承刚度的数学建模
• 4.6 本章小结
• 第5章 轴系支承刚度实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验测量方案及测量装置
• 5.2.1 实验测量方案
• 5.2.2 实验测量装置
• 5.3 支承刚度实验测量及结果分析
• 5.3.1 轴向支承刚度实验测量及结果分析
• 5.3.2 径向支承刚度实验测量及结果分析
• 5.3.3 翻转支承刚度实验测量及结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢