3.3机床主轴轴承温度场的建立及有限元分析
主轴上安装的角接触球轴承两两采取背对背成对安装的形式  ，观察表可知  ，3号 轴承的发热量最大  ，所以本节将对3号轴承建立温度场分析计算 。
3.3.1 SEB 170角接触球轴承的有限元分析建模
SEB 170角接触球轴承的材料选用的是轴承钢GCrl5  ，材料的物理性质对热分析 过程有着重要的影响  ，比如材料的导热率、材料的线膨胀系数以及材料的弹性模量等 参数  ，而这些数据则会随着温度的变化而变化  ，轴承材料的参数数值可见下表  ，因为机床主轴轴承的工作温度一般不能超过ioo°c  ，所以表中只列出来材料在室温还有 ioo°c时候的数值  ，而其他温度的情况下  ，其参数值可以通过数值分析的方法加以求 得 。而表3.4则列出了 SEB 170主轴轴承的外形尺寸参数 。
根据表中所列尺寸参数  ，使用SolidEdge软件对轴承进行三维建模  ，然后将模型 导入ANSYS Workbench有限元分析软件中去  ，然后对其进行网格划分 。轴承的内圈、 外圈形状规则  ，采用的是自动网格划分的形式  ，模型总共被划分为4282个单元  ，11236 个节点  ，网格划分如图3.6所示：
在对模型进行加载热载荷之前  ，需要对轴承模型中的各部分之前的接触方式进行设置 。球滚子在轴承内圈外圈滚道之间发生旋转滚动  ，这过程之中虽然会有摩擦  ，但 是在计算轴承的摩擦力矩的时候  ，“摩擦”这一因素己经考虑过  ，所以在这里不用再设 置  ，即设置滚子与内外圈滚道的接触方式为“不分离” 。
将载荷加载到轴承的内圈和外圈滚道  ，以及球滚子的外表面  ，载荷加载的方式设 置为“Heat flow”  ，单位设置为W 。虽然TH6213主轴轴承的润滑方式采用的是循环油 润滑  ，但是  ，上节中交代了  ，润滑油带走的热量为整个轴承系统的热量  ，不分配到单 个轴承  ，所以此处只考虑轴承本身的发热 。
3_3_2 SEB 170角接触球轴承的有限元温度场结果与分析
通过ANSYS Workbench热分析模块的建模及分析  ，得出了轴承内夕卜圈的温度场 分布结果  ，如图3.7、图3.8所示 。轴承的外圈最高温度为52.685°C  ，而轴承内圈的最 高温度则达到了52.2°C 。在内外圈滚道上  ，有间隔分布的高温区域  ，这是因为轴承滚 动体与滚道设置为相对静止  ，所以会出现这样的温度分布 。
分析上面的仿真分析结果可知  ，内外圈滚道上温度分布不连续  ，在滚动体与滚道 接触的地方有明显的圆形的高温区域  ，而实际情况中  ，滚动体沿滚道高速运转  ，温度 分布应该呈现连续分布的状态  ，所以与实际不符 。而且TH6213主轴箱为卧式  ，轴承 外圈安装在主轴箱上  ，二者相对静止   ，所以  ，在主轴运转过程中  ，外圈将呈现半周受 力的情况  ，而这一点在上述分析结果中也没有得到体现  ，所以现在需要对轴承模型以 及分析过程进行检查并改进 。

滚道接触点的切向速度约为24.4m/s  ，而球滚子与轴承外圈滚道接触点的切向速度约 为27.9m/s 。SEB170轴承内圈滚道周长为0.623m  ，外圈滚道周长为0.792m 。比较二者 可知  ，球滚子在滚道内旋转的速度很快  ，并且与内外滚道上每个点都有接触  ，综合以 上  ，可以将高速运转中的球滚子简化为一个一个静止的圆环 。通过这种方法对有限元 模型进行了改进  ，然后重新进行网格划分  ，这一次模型被划分为948个单元  ，节点4448 个  ，由此可见  ，改进后的模型有效地减少了单元的数量  ，从而缩短了计算机运算的时间 。
然后再一次对模型施加相同的载荷  ，然后得到改进后的有限元分析结果  ，见图 3.11、图3.12 。这一次由仿真结果可以看出  ，轴承内外圈滚道上温度变化均匀  ，没有 像之前那样出现不连续分布的高温区域  ，同时  ，轴承内圈的温度也有所降低  ，这是因 为轴承模型经过改进后  ，体现出了球滚子在滚道的旋转过程中  ，不断带走热量并且与 滚道的每一个接触点发生热的交换  ，从而使内外圈的滚道呈现出均匀分布的温度场 。 这样更符合轴承在实际运转过程中的发热情况 。