[发明专利]倾斜工作条件下的主轴系统热-结构耦合特性模型创建方法及热误差模型建模方法

权利要求书

1.一种倾斜工作条件下的主轴系统热-结构耦合特性模型创建方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)创建倾斜状态下的主轴系统的热-结构耦合特性仿真模型，并将倾斜工作条件下的主轴系统的热源、热边界条件和力学边界条件应用于所述热-结构耦合特性仿真模型；

倾斜工作条件下的主轴系统的热源包括：轴承的发热、电动机的发热；

倾斜工作条件下的主轴系统的热边界条件包括：强制对流换热系数、自由对流换热系数、轴承内圈与轴颈之间的接触热阻、轴承外圈与轴承座之间的接触热阻以及轴承滚珠与环之间的接触热阻；

倾斜工作条件下的主轴系统的力学边界条件包括：倾斜状态下的主轴轴承的轴向接触刚度和径向接触刚度；

2)根据所述倾斜状态下的热-结构耦合特性仿真模型对主轴系统进行瞬态分析；

3)比较相邻两个迭代子步骤中的主轴的温度，若满足收敛条件，则进入步骤4)；若不满足收敛条件，则进入步骤5)；所述收敛条件为：

T_i-T_i-1＜ΔT

其中，T_i表示第i次迭代子步骤中得到的主轴温度；ΔT表示收敛温差；

4)结束分析，保存倾斜状态下的轴系统中所有温度节点的温度；

5)更新倾斜状态下的主轴系统热源和热边界条件；

6)循环步骤2)和步骤3)，直至满足收敛条件；

轴承发热量的更新方法为：

更新润滑剂粘度v：

v＝32×e^{-0.0242×(T-40)}

其中，T为从倾斜状态系统热-结构耦合特性仿真模型仿真中提取的温度；

更新主轴的轴向变形，得到更新后的主轴轴向变形δ_a为：

δ_a＝δ_preload±Δδ_y

其中，δ_a为更新后的主轴的轴向变形；δ_preload表示初始预紧力作用下的主轴的轴向变形；Δδ_y表示通过热-结构耦合特性仿真模型获得倾斜状态主轴的轴向热伸长；

根据轴向变形与预紧力之间的相关性，采用牛顿-拉夫森迭代算法计算实际接触角α：

δ_a＝BD_bsin(α-α_o)/cosα

其中，α_o为初始接触角；B为曲率半径和；D_b表示滚珠的直径；

通过将实际接触角α获取实际预紧力P_a：

其中，K_n＝K·D_b^0.5/B^1.5表示轴向变形常数，K表示接触刚度；Z表示滚珠的数量；

接触载荷与接触变形的关系为：

对该等式两端求导，即可将接触面积的接触刚度表示为

其中，Γ和κ分别表示第一类和第二类的完整椭圆积分；E'表示等效弹性模量；κ表示椭圆偏心率参数；∑ρ表示在正交平面上的接触点处的接触体的曲率之和；ε表示接触变形；Q表示接触载荷；

实现对接触刚度的更新。