数控机床主轴轴承热特性及相关主轴热误差建模方法研究

论文摘要

主轴系统是机床的关键部件,在造成主轴发热的热源中,主轴轴承在高转速下的剧烈摩擦发热,是影响主轴热误差的关键因素,本文以数控机床的动压滑动主轴轴承为研究对象,研究轴承运转发热导致温升的原理,进行热特性建模,并且对轴承发热等因素引起的主轴热误差建模展开研究工作。主要工作内容如下:以有限差分及流体动力润滑理论为基础,建立了动压油膜润滑轴承的热特性模型:在对油膜润滑的控制方程雷诺方程进行迭代求解的过程中,引入了温粘方程,将粘度随温度的变化考虑在内,进行迭代求解,不但特征参数的求解更加精确,而且可以模拟主轴轴承动压润滑热力学过程,求出达到平衡状态时轴承油膜的温升,进而可以对轴承的热特性进行分析建模。以上述理论建模过程为基础,以VB开发用户界面,并通过ActiveX技术,调用Matlab,对以上过程进行运算求解,完成主轴轴承油膜润滑热特性分析软件的开发,验证该软件能够比较准确的计算主轴轴承润滑系统的压力分布及温升。根据偏相关理论对机床不同部位的温度变量与主轴热误差的相关性进行了计算分析,证实轴承温升是影响主轴热误差的关键因素,提出了一种新的支持向量机的热误差建模方法,建模结果显示,以主轴轴承为关键影响点建立主轴热误差模型,预测精度达到了热误差补偿的要求,所提出的支持向量机法是快速有效的热误差建模方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 数控机床主轴轴承相关技术调研
• 1.2.1 数控机床主轴轴承相关技术研究背景及意义
• 1.2.2 数控机床主轴轴承建模方法国内外研究现状
• 1.3 国内外热误差建模方法调研
• 1.3.1 热误差建模方法的研究背景及意义
• 1.3.2 常用热误差建模方法介绍
• 1.3.3 国内外热误差建模方法研究历史及现状
• 1.4 学位论文主要研究内容
• 第二章 数控机床主轴轴承热特性建模
• 2.1 引言
• 2.2 数控机床主轴轴承热特性建模原理
• 2.2.1 流体动压润滑理论.
• 2.2.2 主轴动压轴承热特性建模原理
• 2.3 求解雷诺方程
• 2.3.1 确定雷诺方程求解所需参数
• 2.3.2 对求解区域进行有限差分
• 2.3.3 设定初值条件，边界条件
• 2.3.4 超松弛方法迭代
• 2.4 修正偏位角
• 2.5 修正初始粘度
• 2.5.1 计算轴承温升
• 2.5.2 修正油膜粘度
• 2.6 数值积分求出各特征参数
• y'>2.6.1 油膜承载力F_y
• 2.6.2 进，泄油量及出油量
• 2.6.3 最小油膜厚度及摩擦阻力
• 2.7 本章小结
• 第三章 数控机床主轴轴承热特性建模软件设计
• 3.1 引言
• 3.2 Matlab 程序设计模块
• 3.2.1 有限差分及迭代模块
• 3.2.2 偏位角修正及迭代模块
• 3.2.3 粘度修正及迭代模块
• 3.3 用户界面设计模块
• 3.3.1 文件操作界面
• 3.3.2 参数输入界面
• 3.3.3 结果输出界面
• 3.4 数据库建立模块
• 3.4.1 VB 数据库技术简介
• 3.4.2 数据库建立与访问
• 3.5 数据传输及程序接口
• 3.6 软件验证分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 轴承热效应相关的主轴热误差建模
• 4.1 引言
• 4.2 轴承热效应与主轴热误差的偏相关分析
• 4.3 SVM 热误差建模原理介绍
• 4.3.1 SVM 基本原理介绍
• 4.3.2 SVM 用于主轴热误差建模的优点
• 4.4 SVM 方法主轴热误差建模实例
• 4.4.1 获取样本数据
• 4.4.2 参数选择及模型训练
• 4.4.3 预测结果检验
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结及展望
• 5.1 总结
• 5.2 主要创新点
• 5.3 相关研究工作的展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文