發(fā)布時間：2020-08-12 09:37

【摘要】：精密機床及測量儀器是工業(yè)生產(chǎn)的關鍵,在精密加工及測量、航空航天等領域得到了廣泛的應用,氣體靜壓主軸是其中的關鍵部件。目前,我國對氣體靜壓主軸的生產(chǎn)仍未能達到批量化,限制了精密機床和測量儀器的發(fā)展。本文主要研究氣體靜壓主軸徑向軸系配合間隙,基于全局尺寸進行軸承與轉(zhuǎn)子配合的公差設計,研究了皮膚模型下氣體靜壓軸承的性能并進行了相關的實驗分析。在氣體靜壓軸承—轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分析的基礎上,采用圓柱體全局尺寸分析軸系的徑向配合間隙。通過軸承、轉(zhuǎn)子配合影響因素分析可知,軸承、轉(zhuǎn)子(孔和軸)配合不僅受尺寸偏差的影響,而且還包括圓度、圓柱度和垂直度誤差等幾何誤差的影響。采用包含尺寸偏差和幾何誤差的尺寸鏈分析軸承和轉(zhuǎn)子的配合以及基于全局尺寸的軸系配合,通過蒙特卡洛方法模擬仿真軸承和轉(zhuǎn)子全局尺寸分布下軸系配合的徑向間隙。通過軸系配合分析,確定軸系配合尺寸公差和幾何公差的取值,采用遺傳算法,以成本—公差函數(shù)分析軸承和轉(zhuǎn)子的配合,將公差取值分配給軸承和轉(zhuǎn)子的圓度、圓柱度和垂直度誤差。通過對圓柱體截面數(shù)據(jù)的仿真,在UG中建立氣體靜壓主軸軸承和轉(zhuǎn)子配合圓柱面的皮膚模型(包括多孔質(zhì)氣體靜壓主軸和小孔節(jié)流氣體靜壓主軸),將所建立軸系裝配模型在ANSYSWorkbench進行處理,得到軸承性能仿真所需的物理模型,并計算其承載力。在模塊化主軸性能試驗臺上對小孔節(jié)流氣體靜壓軸承的承載力進行實驗,并與理想情況下和皮膚模型下軸承的性能進行對比分析。結(jié)合理論研究與仿真結(jié)果,給出氣體靜壓徑向軸系公差設計方法的流程,通過對皮膚模型下軸承性能的仿真,為基于全局尺寸的氣體靜壓主軸徑向氣膜厚度的設計奠定了基礎。
【學位授予單位】：中原工學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH133.2
【圖文】：

中原工學院碩士學位論文 第 1 章 甚至更高[5]。目前，對精密氣體靜壓主軸的研究和生產(chǎn)主要包括高校、研究所和一些國外知名企業(yè)美國Moore公司、英國泰勒以及哈爾濱工業(yè)大學等。其中，美國Moore單點金剛石車床氣壓主軸采用獨家專有PI帶有中心推力平板的徑向溝槽補償空氣軸承，如圖1.1所示，軸向可以達到 228 N/μm，徑向剛度可以達到 98 N/μm，軸向和徑向的運動精度≤12.5nm；Talyrond585H全自動圓度/圓柱度測量儀，如圖1.2所示，主軸采用高精度空氣軸承，精度0.015μm。

壓主軸采用獨家專有PI帶有中心推力平板的徑向溝槽補償空氣軸承，如圖1.1所示，軸向剛度可以達到 228 N/μm，徑向剛度可以達到 98 N/μm，軸向和徑向的運動精度≤12.5nm；英國Talyrond585H全自動圓度/圓柱度測量儀，如圖1.2所示，主軸采用高精度空氣軸承，精度達到0.015μm。圖1.1 Moore單點金剛石車床主軸 圖1.2 圓度/圓柱度測量儀與國外相比，國內(nèi)對氣體靜壓主軸的研究和制造起步較晚，同時，由于加工和制造能力的落后，國內(nèi)氣體靜壓主軸生產(chǎn)制造的發(fā)展也較為緩慢。首先，在理論上對氣體靜壓主軸的研究很多，但在理論上對主軸及軸系零件設計加工的指導文獻相對較少，不能在主軸及軸系零件的加工上給予理論的指導。在一些生產(chǎn)規(guī)模較小的企業(yè)，大多依靠經(jīng)驗和人工的方法進行生產(chǎn)制造，雖然可以滿足一些特定場合對氣體靜壓主軸的需要，但在長遠看來，只有在理論上有所突破，結(jié)合生產(chǎn)實際進行氣體靜壓主軸的設計和生產(chǎn)，最終才能突破國際壟斷，發(fā)展自主產(chǎn)業(yè)，推動我國科學技術的發(fā)展。國內(nèi)對氣體靜壓主軸的研究也取得了較大的研究成果

也應相應地提高，尤其是對徑向軸承與轉(zhuǎn)子的配合面的公差設計，不同的設計方法對主軸性能有不同的影響。通過對氣體靜壓主軸設計過程進行總結(jié)分析，軸系配合的公差設計過程可以由圖1.3的流程圖表示。圖1.3 軸系公差設計程序氣體靜壓軸承徑向氣膜厚度是公差設計的核心內(nèi)容，只有進行合理的公差設計，才能保證軸承和轉(zhuǎn)子的配合，進而保證設計要求和性能要求。不同的氣膜厚度的變化導致主軸的性能也各不相同，軸系零件配合公差設計是氣膜厚度設計重要內(nèi)容，加工精度越高，軸系零件的配合精度也越高，越能保證軸承的徑向氣膜厚度。通過性能要求和加工條件的分析，結(jié)合軸系零件在加工過程中存在的誤差形式，可以進行氣體靜壓軸系的公差設計，進而保證軸系徑向氣膜厚度。軸承和轉(zhuǎn)子的加工誤差導致軸系徑向氣膜厚度產(chǎn)生誤差且分布不均，進而對主軸的性能產(chǎn)生影響。對軸系零件進行公差設計，即對軸承和轉(zhuǎn)子配合圓柱面的公差取值進行求解。1.4 本文的主要研究內(nèi)容本文結(jié)合國家自然科學

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本文編號：2790361