針對由氣體靜壓軸承作為支撐的氣浮精密主軸存在承載力相對較小及可控性不高的問題,結(jié)合帶有周向微通槽的氣體靜壓軸承與基于增量式PID控制的主動(dòng)磁軸承,設(shè)計(jì)一款氣磁混合支撐主軸。為提高小孔節(jié)流氣體靜壓軸承的承載力,將氣體靜壓軸承內(nèi)表面的穩(wěn)壓室用矩形、三角形、半圓形截面動(dòng)壓微通槽相連通,通過FLUENT仿真分析3種截面動(dòng)壓微通槽對軸承承載能力的影響;以主軸的回轉(zhuǎn)精度為衡量標(biāo)準(zhǔn),在Matlab Simulink中仿真分析增量式PID控制的主動(dòng)磁軸承的性能。結(jié)果表明:3種截面動(dòng)壓微通槽能有效提高氣體靜壓軸承的承載能力,其中同等條件下矩形截面效果最好,可使軸承的承載力提高54%;基于增量式PID控制的主動(dòng)磁軸承能夠有效提高主軸的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)速度及回轉(zhuǎn)精度,使其在啟動(dòng)40 s后保持0.2μm的回轉(zhuǎn)精度。 

【文章來源】：潤滑與密封. 2020,45(07)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

氣浮精密主軸結(jié)構(gòu)

如圖2所示,氣體靜壓軸承啟動(dòng)時(shí),氣體通過節(jié)流孔進(jìn)入主軸間隙內(nèi),主軸浮起轉(zhuǎn)動(dòng)開始空轉(zhuǎn),主軸與氣體靜壓軸承不發(fā)生摩擦。主軸受到負(fù)載作用時(shí),軸心發(fā)生偏移產(chǎn)生偏心量e,偏心較大的一端由于氣體間隙變小的原因?qū)е铝髯鑂f增大壓力升高,沒有偏心的一端由于氣體間隙變大的原因?qū)е铝髯鑂f減小壓力變小,兩端產(chǎn)生的壓差用來平衡負(fù)載即氣體靜壓軸承的承載效果。在對氣體靜壓軸承的承載力進(jìn)行求解時(shí),可利用有限元法將氣體靜壓軸承的氣膜流場分為n個(gè)單元,通過對每個(gè)單元的承載力Wλ 進(jìn)行計(jì)算并不斷累加,可求得氣體靜壓軸承總的承載力W,如式(1)所示。

節(jié)流器作為氣體靜壓軸承最核心的部件,決定著氣體靜壓軸承的承載力及剛度,小孔節(jié)流是目前最成熟、應(yīng)用最廣的節(jié)流方式[11]。文中對現(xiàn)有的氣體靜壓小孔節(jié)流軸承進(jìn)行改進(jìn),在氣體靜壓小孔節(jié)流軸承的內(nèi)部開設(shè)周向的動(dòng)壓微通槽,以提高氣體靜壓軸承的承載力及剛度。氣體靜壓小孔節(jié)流軸承在優(yōu)化前的結(jié)構(gòu)如圖3所示,優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖4 氣體靜壓軸承優(yōu)化后結(jié)構(gòu)示意

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于CFD的球面動(dòng)靜壓氣體軸承穩(wěn)態(tài)性能及動(dòng)態(tài)特性分析[J]. 賈晨輝,崔志武,邱明,馬文鎖,高靖,張海江.  潤滑與密封. 2019(06)
[2]球面螺旋槽動(dòng)靜壓氣體軸承試驗(yàn)臺的研制及試驗(yàn)分析[J]. 賈晨輝,張海江,邱明,馬文鎖.  軸承. 2019(01)
[3]靜壓氣體徑向與半球軸承混合支撐軸系設(shè)計(jì)及靜特性研究[J]. 李樹森,周梓健,潘春陽.  潤滑與密封. 2018(07)
[4]一種氣體靜壓主軸回轉(zhuǎn)精度測試平臺的設(shè)計(jì)[J]. 陳衡,舒強(qiáng),劉興寶,米良,汪俊文.  機(jī)床與液壓. 2018(08)
[5]植入式心室輔助設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r及其軸承技術(shù)進(jìn)展[J]. 杜建軍,姚奇,姚英學(xué).  潤滑與密封. 2016(02)
[6]均壓槽與靜壓氣體軸頸軸承承載特性的關(guān)系研究[J]. 杜建軍,張國慶,劉暾.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2012(15)
[7]氣浮球形陀螺轉(zhuǎn)子的控制[J]. 高洪民,汪渤,石永生,鐘秋海.  火力與指揮控制. 2003(02)
[8]超精氣磁軸承混合軸系的研究[J]. 劉暾,葛衛(wèi)平,齊乃明,費(fèi)源明.  中國機(jī)械工程. 2002(02)



本文編號：3016256