李颂华，冯明昊

（沈阳建筑大学 交通与机械工程学院，辽宁 沈阳 110168）

0 引言

主轴系统是机床的核心功能部件之一。对主轴轴承施加预紧力不仅能够消除轴承的轴向间隙，降低振动噪声，提高支承体旋转精度，控制滚动体的自旋滑动，减少滚动体的公转打滑，进而提高轴系刚度，降低轴系振动，而且还能够提高主轴系统的临界转速和机床的加工精度。然而，轴承预紧力施加的太大就会加剧轴承发热，降低轴承的使用寿命并引起主轴温升和热变形的增大，尤其是在主轴高速旋转时这种状况会更加明显；轴承预紧力施加的太小又不能充分发挥主轴系统的潜能[1]。因此，关于轴承预紧力的研究对提高主轴系统的综合性能具有重要意义。

本文对不同预紧力下的轴承刚度进行了理论计算，并对不同预紧力下的主轴轴承系统进行了模态和谐响应分析。

1 轴承刚度的理论计算

根据机床的不同类型，高速主轴轴承具有多种配置方式，实验室对原有磨削电主轴进行了轴承预紧力施加改造，如图1 所示。主轴前后端各配置一个轴承，采用背对背配置方式。使用压电陶瓷微位移驱动器对轴承施加预紧力，采用应变片压力传感器检测所施加轴承预紧力的大小，使用热电偶检测轴承的温升。

图1 电主轴轴承预紧力施加结构图

角接触球轴承在轴承预紧力Fp的作用下，接触角由α0变成α1，计算公式[2]为：

式中： c—接触变形因数；fm—内外滚道曲率比的平均值，fm=（ri+re）/（2Dw）；α0—初始接触角；……