机床重要结合面参数计算

1. 主轴两端轴承刚度水平值的计算。

主轴两端轴承由轴承手册查得选用的是70系列、接触角为15°的滚珠轴承， 其中，轴承DB 、DF 组合的轴向刚度值由表2列出。

表2 主轴轴承参数

内径号码 轴承内径(mm) 轴向刚性(108N/m) 预负荷L(水平1) 预负荷M(水平2)

预负荷H(水平3)

22(后端) 110 1.37 2.03 2.86 24(前端) 120

1.53

2.25

3.17

主轴轴承的轴向刚性根据预负荷的水平不同分为了3个水平，其中预负荷为 M 是THM100原有的情况。

主轴轴承的径向刚度根据轴承手册上给出计算方法得出，有：

式中：

— 主轴轴承径向刚度；

— 主轴轴承轴向刚度；

— 径向刚度系数，值由表3给出。

表3 主轴轴承径向刚度系数 接触角 预负荷L 预负荷M

预负荷H 15°

6.0

5.0

4.5

轴承以多列DBD 、DBB 组合的形式出现时，计算其轴向、径向刚度是用

DB 、DF 组合的刚度值乘以表4中的系数。THM100主轴前端轴承是以DBD 组合的形式出现，因此前端轴承的轴向、径向刚度时按此方法计算。

表4 主轴DBD 组合轴承刚度系数

DBD 轴向刚性 1.48 径向刚性

1.54

根据上述公式及相关参数值，求得的THM100主轴前、后端轴承轴向、径向刚度的3种水平由表5给出。

表5 主轴轴承轴、径向刚度的3种水平

弹簧-阻尼单元

水平 (108N/m) 水平1

水平2

水平3

spin_rear_horizontal 1.37×6.0=8.22 2.03×5.0=10.15 2.86×4.5=12.87 spin_rear_vertical 1.37×6.0=8.22 2.03×5.0=10.15 2.86×4.5=12.87 spin_front_axial 1.53×1.48=2.264 2.25×1.48=3.33 3.17×1.48=4.692 spin_front_horizontal 1.53×6.0×1.54=14.14 2.25×5.0×1.54=17.33 3.17×4.5×1.54=21.97 spin_front_vertical 1.53×6.0×1.54=14.14

2.25×5.0×1.54=17.33

3.17×

4.5×1.54=21.97

2. 滚珠丝杠副结合面刚度水平值的计算。 丝杠副轴向刚度计算公式：

t a k k λ=⨯t k a k λ

式中：—丝杠副轴向刚度 、—丝杠两端轴承轴向刚度

—丝杠螺母接触面刚度

X 向滚珠丝杠两端的轴承型号分别为45TAC100B 、50TAC100B ，Y 向、Z 向滚珠丝杠所用的轴承型号为40TAC90B ，轴向刚度的值由轴承手册直接给出。实际地，THM 采用的是C9预紧方式，即为水平2。水平3确定为C10预紧方式下的刚度值。由于所查轴承手册的数据有限，本实验将水平1自拟定为水平2的1/2倍关系。表6给出了滚珠丝杠用轴承轴向刚度的三种水平。

表6 滚珠丝杠用轴承轴向刚性

轴承型号

水平 (109N/m)

水平1

水平2(C9预紧) 水平3(C10预紧) DB

DBD DB DBD DB DBD 40TAC90B 0.85 0.85 1.015 1.465 1.320 1.960 45TAC100B 0.82 1.160 1.520 50TAC100B

0.88

1.745

2.300

同样原因，拟定了滚珠丝杠螺母结合面刚度的水平1和水平3，由表7给出。

表7 滚珠丝杠螺母结合面轴向刚性

水平 (109N/m)

水平1 水平2 水平3 X 丝杠轴向 0.975 1.95 3.90 Y/Z 丝杠轴向 0.915

1.83

3.66

计算得出的滚珠丝杠副轴向刚度的3种水平由表8给出：

表8 滚珠丝杠螺母结合面轴向刚性

弹簧-阻尼单元 水平 (109N/m)

水平1 水平2 水平3 20_30_nut_axial 0.5886 1.053 1.730 10_20_nut_axial 0.6196 1.167 1.930 10_40_nut_axial

0.5886

1.053

1.730

3. 导轨结合面刚度水平值的确定。

将实际的导轨结合面的法向、切向刚度值定为水平2。查阅相关文献资料，拟定水平1、水平3与水平2之间为别为1/2倍和2倍的关系。表9给出了3种水平。

表9 导轨结合面法向、径向刚性

弹簧-阻尼单元

水平 (109N/m)

水平1

水平2

水平3

123111k k k k =++k 1k 2k 3k 3

k

20_30_guide_normal 0.8975 1.795 3.59

20_30_guide_tan 0.8975 1.795 3.59

10_20_guide_low_hori 0.8975 1.795 3.59

10_20_guide_low_vert 0.8975 1.795 3.59

10_20_guide_high_hori 0.8975 1.795 3.59

10_20_guide_high_vert 0.8975 1.795 3.59

10_40_guide_hori 0.8975 1.795 3.59

10_40_guide_vert 0.8975 1.795 3.59

另外，由于螺栓结合面刚性的水平1、水平3是经查阅文献资料给出的拟定值，详见表1中的相关数据。