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前言：

主軸作為加工中心的核心部件，其性能好壞直接關系到加工中心能否進行有效的工作。主軸的預緊技術是主軸研究領域的重要方向之_，主軸的預緊力能隨著主軸工作情況的改變而實時調整以保持一個最佳的工作狀態，是其研究領域的_個關鍵目標。因此確定主軸的最佳預緊力并通過自適應調節系統使其保持這種狀態，是局速局精度加工中心在全工況范圍內動力學特性保持最優的前提。目前應用較為普遍的方式為液壓預緊^[1],隨著研究的不斷深入與發展，壓電陶瓷驅動的微/納定位系統已經在可調預緊技術領域得到廣泛研究，其主要應用方式為將壓電陶瓷直接作用于軸承外圈,它具有分辨率高、響應速度快、無摩擦和無發熱問題等優點，但是壓電陶瓷的驅動行程較短、易碎，內置不利于更換；且在高速運轉時，加工中心的振幅也是相當高的這樣對于只能承受軸向力的壓電陶瓷來說是非常不利的^&]。因此，如何在主軸預緊工業化程度上來發揮壓電陶瓷的優勢而避其短處，將是_個亟待解決的關鍵問題。

因此，本課題在此基礎上設計一種新型預緊機構，以壓電陶瓷作為驅動源，柔性機構作為微位移放大機構，組成復合型輸出。將柔性機構直接作用于軸承外圈，將作為驅動源的壓電陶瓷放置其外，這樣既實現功能,又能不破壞壓電陶瓷驅動器，同時也利于日后的維修與更換。利用此方法能實現對主軸軸承預緊力的實時控制。

1主軸軸承摩擦熱特性分析

l.i軸承摩擦熱計算

軸承在運轉時產生的熱量與很多因素有關，其中主要因素有：軸承預緊力、主軸轉速、潤滑劑類型及其流變特性，軸承安裝布局以及工作溫度等。在這些因素中最主要的是主軸轉速與軸承預緊力對軸承溫升的影響。當主軸處于高速運轉時，過大的預緊力會使軸承溫度超標，長時間情況下會使軸承發生形變，從而影響主軸的使用性能。因此在預緊力許可的范圍內，盡量減小高速段軸承預緊力，是高速段軸承預緊力分析計算的理論依據。軸承的滾動體與內外圈滾道之間的滾動阻力、摩擦損耗,以及自旋運動是軸承的主要發熱源。軸承的發熱量主要是由軸承的摩擦力矩所引起的，力矩越大，軸承產生的摩擦熱就越多，滾動體與內外圈接觸區域的發熱量與接觸區域的摩擦力矩和主軸轉速有關，其發熱量可由式（丨-1)得^s

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結束語：

選取7012C軸承為研究對象，采用經驗公式與仿真分析，給出了主軸預緊力與軸承轉速、軸承溫度之間關系。以軸承溫度為控制目標，結合主軸最佳預緊力經驗公式,確定各轉速段相對應的預緊力以及軸向位移，進而運用仿真分析獲得了可調預緊與傳統預緊對軸承溫度影響的對比。在此基礎上，以上述所得的預緊力與相對應的軸向變位作為理論依據，設計一種實現預緊力可調的預緊機構。以疊層壓電陶瓷為驅動源，柔性機構為驅動機構。經理論計算與仿真分析證明該機構可行,可以達到所推薦的預緊力以及軸向變位數值，進而對軸承溫度進行控制，使其保持在一個合理的變化范圍之內。

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基于壓電陶瓷與柔性機構的高速加工中心主軸預緊控制機構設計

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