轴承是在机械传动过程中起固定和减小载荷摩擦系数的部件。也可以说，当其它机件在轴上彼此产生相对运动时，用来降低动力传递过程中的摩擦系数和保持轴中心位置固定的机件。轴承是当代机械设备中一种举足轻重的零部件，它的主要功能是支撑机械旋转体，用以降低设备在传动过程中的机械载荷摩擦系数。按运动元件摩擦性质的不同，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两类。
3.1主轴轴承接触载荷分析9
3.1.1静态预紧状态轴承接触角变化以及轴向位移9
3.1.2轴承变形几何相容方程和载荷平衡方程10
3.1.3轴承载荷与位移14
3.2摩擦力矩的计算15
3.2.1轴承摩擦力矩产生机理15
3.2.2轴承摩擦力矩的计算17
3.2.3轴承生热量计算19
3.2.4主轴轴承热传递模型20
本文基于精密电主轴-轴承系统结构动、热态特性分析，通过对影响轴承结合部位刚度、轴系刚度特性因素的研究，根据对轴承径向载荷、摩擦力矩、生热及温度场的变化，得到关于转速、预紧力温升对轴承结合部动刚度和轴系刚度的影响规律。
本文以BT30型电主轴为模型，运用inventor建立其三维分析模型，选定了轴承型号为7212c，分别通过数学计算和仿真对轴承的刚度和生热进行了研究，分析了轴承的摩擦力矩、运动、载荷和刚度，研究了热特性和预紧力对轴承刚度的影响，进行了仿真实验，最终得到轴承的最佳预紧力。
In this paper，based on the precision spindle bearing system structural dynamic，static，thermal analysis，through the influence of bearing stiffness，the binding site of shafting stiffness characteristic factors，through the bearing radial load，friction，heat and temperature field change，be about speed，preload to bearing temperature rise of dynamic stiffness and shafting stiffness effect of law.
而预紧力不同对轴承刚度和发热的情况也不同，为了避免因为预紧力过大或者过小而导致轴承刚度变化和温度变化，进而导致轴承失效。需要进行大量的实验进行验证轴承的最佳预紧力。温升过高是导致轴承提前失效的罪魁祸首。所以控制温升将是延长高速轴承(即机械设备)使用寿命的关健。高速轴承温升的主要原因有以下三点:
1．轴承安装在轴承座结构的合理性；
第4章主轴轴承温度场仿真分析22
4.1．主轴刚度的有限元仿真计算22
4.2．轴承的温度场23
第五章最佳预紧力的确定27
5.1接触载荷摩擦力矩生热总量计温度的相关计算27
5.2最佳预紧力的确定31
结论32
参考文献33
致35
第1章 绪论
1.1 课题研究的意义
主轴组件是机床的重要组成部分之一，主轴组件的工作性能，尤其是主轴刚度、温升及热变形对工件的加工质量和机床的生产效率都有重要的影响。在影响主轴性能的诸多因素中，预紧是很关键的一环，增大预紧力可提高轴承刚度，进而提高轴系刚度，减小主轴振动，有利于提高加工质量，但同时也会加剧轴承的发热，降低轴承的使用寿命，并引起主轴温升和热变形的增大，这在主轴高速运转时体现得更加明显． 因此，研究预紧力对主轴性能的影响机制并给主轴选择合理的预紧力，对主轴的设计至关重要。
主要容、基本要求等：
主要容：
在低速重载下，计算在不同预紧力转速下，轴的刚度和生热，采取有限元法，通过计算轴承刚度和发热量对主轴刚度和温升的影响，研究轴承预紧力对主轴刚度和温升的影响机制。使用三维软件CAD进行BT30型主轴的三维造型，分析工作情况和边界条件，使用ansys进行轴的刚度分析、温度场分析，根据分析结果，确定最佳预紧力。
2．轴承与轴承座之间的公差配合的恰当性；
3．润滑脂选取的适合性。
本课题研究的容属于国家科技重大专项------“精密超精密数控机床创新能力平台——高档数控机床与基础制造装备”， 项目编号为2011ZX04016-011。并根据研究需要，搭建了实验台。之后将对本文的研究对象-------轴承最佳预紧力进行试验验证。
1.2.2 国外发展现状与趋势：
（
国机床主轴设计中预紧力大小的选择大多依据经验，即在低速重载下选取较大值满足高刚度要求，高速轻载下选取较小值满足低温升要求。
典型的数值计算方法[1]计算轴刚度时，将由多联轴承组成的某支撑简化为一个简支结构，未研究每个轴承刚度对轴系变形的影响．利用有限元法，在轴系有限元模型中将轴承模拟为弹簧单元，设置某预紧力下的轴承刚度值，通过静力学分析求解轴系变形与刚度， 该方法构造的轴系模型更真实，可准确研究预紧力对轴系刚度的影响机制，并基于轴系最小刚度选择预紧力的下限Fa。
In engineering practice，the bearing system stiffness to improve axial rotation precision，the vibration noise and ensure the service life of the bearing is very advantageous，in this areato do research to be able to optimize the bearing shafting stiffness research field，the development of stimulative effect.
Key words:high speed spindle bearing rigidity bearing heating temperature fieldbearing preload
摘要I
目录III
第1章绪论1
1.1课题研究的意义1
1.2研究背景综述2
1.2.1背景2
1.2.2国外发展现状与趋势：3
Based on the BT30type electric spindle as the model，using inventor to establish the three-dimensional analysis model，selected bearing type 7212c，respectively，through mathematical computation and Simulation on the bearing stiffness and heat were studied，analyzed the bearing friction torque，mdy the thermal characteristics and pretightening force on the influence of bearing stiffness，and carries on the simulation experiment，finally got the best bearing preload.
为了提高轴承的旋转精度，增加轴承装置的刚性，减小机器工作时轴的震动，常采用预紧的滚动轴承。如：机床的主轴轴承。所谓预紧，就是在安装时用某种方法在轴承中产生并保持一轴向力，以消除轴承中的轴向游隙，并在滚动体和外圈接触处产生变形。由于预紧力的作用，滚动体和、外圈接触处就产生弹性变形，并使接触的面积增大，参与承受力的滚动体就增多，也就有可能在大于180度的围滚动体参与受力，有时甚至也可能在360度围全部滚动体受力，这样做，肯定比少数几个滚动体受力的情况要好，而且还能多承受负荷。由上述讨论可知，预紧后的轴承工作时，再承受同样的负荷，其接触变形肯定比未预紧轴承的接触变形要小，因此可以提高轴承的支承刚度，同时还可以补偿轴承在使用中一定的磨损量。预紧后的轴承受到工作载荷时，其外圈的径向及轴向的相对位移量要比未预紧的轴承大大的减少。定位预紧的圆锥滚子轴承，由于挡边与滚子端面的跑合而减少预紧量，因此轴承跑合一段时间温度也相应地下降。预紧量越大，滚子与挡边跑合导致的温度下降尤为显著。表面粗糙度越粗，跑合引起预紧量减少越多。定压预紧时，即使产生跑合，轴承游隙(预紧)及轴向负荷的实际水平也无变化，因此，轴承的温度不变。
1.2 研究背景综述
1.2.1背景
随着生产和科技的高速发展，机床日益向高速、高效、高精度和自动化方向发展。其中高速精密数控机床因其生产上的高柔性、高精度、高速度、高效率和高可靠性，因而广泛应用于汽车、摩托车、纺织、仪器仪表、航空航天、机械、机床等各行各业，所处的地位就变得越来越重要。
主轴系统是整个机床的心脏，它所起到的作用是至关重要的。而轴承在主轴系统中的主要作用是承担径向载荷。也可以理解为它是用来固定轴的。就是固定轴使其只能实现转动，而控制其轴向和径向的移动。电机没有轴承的后果就是根本不能工作。因为轴可能向任何方向运动，而电机工作时要求轴只能作转动。从理论上来讲不可能实现传动的作用，不仅如此，轴承还会影响传动，为了降低这个影响在高速轴的轴承上必须实现良好的润滑，有的轴承本身已经有润滑，叫做预润滑轴承，而大多数的轴承必须有润滑油，负载在高速运转时，由于摩擦不仅会增加能耗，更可怕的是很容易损坏轴承。
工业大学毕业设计论文
题 目
：
轴承最佳预紧力的确定
论文作者
：
闻琦
学科
：
机械设计及其自动化
研究方向
：
机械制造
申请学位
：
学士学位
指导教师
：
志峰副教授
所 在 单 位
：
机械工程与应用电子技术学院
答 辩 日 期
：
2012年5月
授予学位单位
：
工业大学
工业大学
毕业设计（论文）任务书
题目轴承最佳预紧力的确定
专业 机械电子工程 学号 08010106 闻琦