【摘要】：精密機(jī)床及測(cè)量?jī)x器是工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵,在精密加工及測(cè)量、航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,氣體靜壓主軸是其中的關(guān)鍵部件。目前,我國(guó)對(duì)氣體靜壓主軸的生產(chǎn)仍未能達(dá)到批量化,限制了精密機(jī)床和測(cè)量?jī)x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(jìn)行軸承與轉(zhuǎn)子配合的公差設(shè)計(jì),研究了皮膚模型下氣體靜壓軸承的性能并進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)分析。在氣體靜壓軸承—轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上,采用圓柱體全局尺寸分析軸系的徑向配合間隙。通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)對(duì)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(jìn)行處理,得到軸承性能仿真所需的物理模型,并計(jì)算其承載力。在模塊化主軸性能試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)小孔節(jié)流氣體靜壓軸承的承載力進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并與理想情況下和皮膚模型下軸承的性能進(jìn)行對(duì)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(shè)計(jì)方法的流程,通過(guò)對(duì)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(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：中原工學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TH133.2
【圖文】：

中原工學(xué)院碩士學(xué)位論文 第 1 章 甚至更高[5]。目前，對(duì)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(guó)外知名企業(yè)美國(guó)Moore公司、英國(guó)泰勒以及哈爾濱工業(yè)大學(xué)等。其中，美國(guó)Moore單點(diǎn)金剛石車(chē)床氣壓主軸采用獨(dú)家專有PI帶有中心推力平板的徑向溝槽補(bǔ)償空氣軸承，如圖1.1所示，軸向可以達(dá)到 228 N/μm，徑向剛度可以達(dá)到 98 N/μm，軸向和徑向的運(yùn)動(dòng)精度≤12.5nm；Talyrond585H全自動(dòng)圓度/圓柱度測(cè)量?jī)x，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(dú)家專有PI帶有中心推力平板的徑向溝槽補(bǔ)償空氣軸承，如圖1.1所示，軸向剛度可以達(dá)到 228 N/μm，徑向剛度可以達(dá)到 98 N/μm，軸向和徑向的運(yùn)動(dòng)精度≤12.5nm；英國(guó)Talyrond585H全自動(dòng)圓度/圓柱度測(cè)量?jī)x，如圖1.2所示，主軸采用高精度空氣軸承，精度達(dá)到0.015μm。圖1.1 Moore單點(diǎn)金剛石車(chē)床主軸 圖1.2 圓度/圓柱度測(cè)量?jī)x與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)對(duì)氣體靜壓主軸的研究和制造起步較晚，同時(shí)，由于加工和制造能力的落后，國(guó)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(duì)氣體靜壓主軸的研究很多，但在理論上對(duì)主軸及軸系零件設(shè)計(jì)加工的指導(dǎo)文獻(xiàn)相對(duì)較少，不能在主軸及軸系零件的加工上給予理論的指導(dǎo)。在一些生產(chǎn)規(guī)模較小的企業(yè)，大多依靠經(jīng)驗(yàn)和人工的方法進(jìn)行生產(chǎn)制造，雖然可以滿足一些特定場(chǎng)合對(duì)氣體靜壓主軸的需要，但在長(zhǎng)遠(yuǎn)看來(lái)，只有在理論上有所突破，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行氣體靜壓主軸的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，最終才能突破國(guó)際壟斷，發(fā)展自主產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。國(guó)內(nèi)對(duì)氣體靜壓主軸的研究也取得了較大的研究成果

也應(yīng)相應(yīng)地提高，尤其是對(duì)徑向軸承與轉(zhuǎn)子的配合面的公差設(shè)計(jì)，不同的設(shè)計(jì)方法對(duì)主軸性能有不同的影響。通過(guò)對(duì)氣體靜壓主軸設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行總結(jié)分析，軸系配合的公差設(shè)計(jì)過(guò)程可以由圖1.3的流程圖表示。圖1.3 軸系公差設(shè)計(jì)程序氣體靜壓軸承徑向氣膜厚度是公差設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，只有進(jìn)行合理的公差設(shè)計(jì)，才能保證軸承和轉(zhuǎn)子的配合，進(jìn)而保證設(shè)計(jì)要求和性能要求。不同的氣膜厚度的變化導(dǎo)致主軸的性能也各不相同，軸系零件配合公差設(shè)計(jì)是氣膜厚度設(shè)計(jì)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(guò)性能要求和加工條件的分析，結(jié)合軸系零件在加工過(guò)程中存在的誤差形式，可以進(jìn)行氣體靜壓軸系的公差設(shè)計(jì)，進(jìn)而保證軸系徑向氣膜厚度。軸承和轉(zhuǎn)子的加工誤差導(dǎo)致軸系徑向氣膜厚度產(chǎn)生誤差且分布不均，進(jìn)而對(duì)主軸的性能產(chǎn)生影響。對(duì)軸系零件進(jìn)行公差設(shè)計(jì)，即對(duì)軸承和轉(zhuǎn)子配合圓柱面的公差取值進(jìn)行求解。1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)

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本文編號(hào)：2790361