基于RomaxCLOUD的主轴轴承优化设计及试验研究

IS S N1Q Q Q -3762 轴承2018 年1期

C N41 -1148/TH Bearing 2018, No. 1

1-3,14◄产品设计与应用► DO I：10.19533/j. issnlOOO -3762.2018.01.001基于RomaxCLOUD的主轴轴承优化设计及试验研究

尹延经1>2’3，牛青波1>2’3，徐润润1>2’3，杨浩亮M’3

(1.洛阳轴承研究所有限公司，河南洛阳471039;2.河南省高性能轴承技术重点实验室，河南洛阳471039;

3.滚动轴承产业技术创新战略联盟，河南洛阳471039)

摘要：以某型号机床主轴轴承7014C/P4为例，基于RomaxCLOUD建立轴-轴承系统模型，以轴承的刚度、疲劳 寿命、最小油膜厚度和套圈次表层最大剪切应力、球最大旋滚比作为目标函数，对内外圈沟曲率半径系数、球径 和球数进行优化设计，优化结果为：内圈沟曲率半径系数为〇. 54，外圈沟曲率半径系数为0. 525,球径为12. 7 m m,球数为19。并对优化设计的7014C/P4轴承进行了强化寿命试验，优化设计的7014C/P4主轴轴承振动、温 升平稳，未出现疲劳剥落，满足要求。

关键词:角接触球轴承;主轴轴承;RomaxCLOUD;优化设计;试验验证

中图分类号:T H133.3;0343.4文献标志码：B 文章编号= 1000 -3762(2018)01-0001-03

Optimal Design and Experimental Study on Spindle Bearings Based on

RomaxCLOUD

YIN Yanjing1,2,3,N IU Qingbo1,2,3,XU Runrun1,2,3,YANG Haoliang1,2,3

(1. Luoyang Bearing Research Institute Co. ,Ltd. ,Luoyang 471039,China；2. Henan Key Laboratory of High

Performance Bearing Technology,Luoyang 471039,China；3. Strategic Alliance for Technology Innovation in

Rolling Bearing Industry,Luoyang 471039, China)

Abstract：Taking the bearings 7014C/P4 in a type of machine tool as examples, the shaft - bearing system model is built based on RomaxCLOUD. The stiffness,fatigue life,minimum oil film thickness, maximum shear stress in subsur­face of rings and maximum spin - to - roll ratio of balls are taken as objective functions, and the optimal design is car­ried out for groove curvature radius coefficients of inner and outer rings, diameter of balls and number of balls. The op­timal results show that the groove curvature radius coefficient of inner ring is 0. 54, the groove curvature radius coeffi­cient of outer ring is 0. 525, the diameter of ball is 12. 7 mm and the number of balls are 19. The accelerated life test is done for optimal spindle bearings 7014C/P4. The vibration and temperature rise of optimal bearings 7014C/P4 are stationary, and the fatigue flaking is not appeared. The requirements are met.

Key words：angular contact ball bearing；spindle bearing；RomaxCLOUD；optimal design；experimental verification

现代数控装备秉承高速、高效和高可靠性的 理念，对数控机床主轴轴承提出了高刚度、高可靠 性和长寿命的要求。某型号机床主轴采用原7014C/P4轴承作为主支承，转速满足使用要求，使用2 000 h后，主轴振动噪声大，精度失效。对 主轴轴承进行分析，发现轴承振动大，沟道磨损严

收稿日期=2017 - 01 - 02;修回日期=2017 -07 -26

基金项目：国家工信部科技重大专项(2012ZX04004011)

通信作者:尹延经（1987—），男，工程师，研究方向为轴承设计，E - mail :zys一yyj@ 126. com。重，接触区域出现疲劳剥落，次表面出现疲劳源。这是由于沟道次表面在交变应力作用下形成微裂 纹而引起疲劳损伤，次表面二次裂纹向沟道表面扩 展形成疲劳剥落[1，次表面裂纹主要以剪切模式 平行或近似平行轴承沟道生长。鉴于此，以该主轴 轴承为例，采用球外沟道控制理论计算球组最大旋 滚比[3_4]，基于RomaxCLOUD软件平台，以刚度、疲 劳寿命、最小油膜厚度、套圈次表层最大剪切应力 和球最大旋滚比作为目标函数建立优化数学模型，采用功效系数法[5]，对该工况条件下的主轴轴承主 参数进行优化设计，并进行试验验证卜7]。