隨著電子消費(fèi)品向小型化、輕量化、多功能化的要求和趨勢(shì)發(fā)展,新一代電子系統(tǒng)對(duì)印刷電路板(PCB, Printed Circuit Board)的要求是高密度、高集成、微細(xì)化。為了提高生產(chǎn)效率、降低加工成本、保證加工質(zhì)量,PCB微細(xì)孔一般采用高速鉆削的加工方法。超高速空氣靜壓電主軸是實(shí)現(xiàn)PCB微細(xì)孔高速高效鉆削的核心元件,它采用空氣靜壓軸承作為支承元件。印刷電路板是由樹脂及高純度金屬等構(gòu)成的難加工層狀復(fù)合材料,鉆頭在鉆削不同材料時(shí)的切削力差異明顯,這要求超高速電主軸具有高剛度、高承載力和良好的穩(wěn)定性,以保證鉆孔的精度。本文以PCB數(shù)控鉆床用高速電主軸為研究對(duì)象,在研究空氣軸承穩(wěn)定性和動(dòng)靜態(tài)性能的基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計(jì)出一種新型的微孔陣列式空氣靜壓軸承,將其應(yīng)用于空氣靜壓電主軸并對(duì)其動(dòng)靜態(tài)特性進(jìn)行分析,主要研究?jī)?nèi)容有以下幾個(gè)方面：在分析靜壓氣體潤(rùn)滑理論的基礎(chǔ)上,建立氣體潤(rùn)滑雷諾方程的一般形式,在Workbench環(huán)境中通過(guò)FLUENT流體分析軟件分析微孔陣列式空氣靜壓軸承氣膜的壓力場(chǎng)和速度場(chǎng)的分布,通過(guò)計(jì)算節(jié)流器區(qū)域流場(chǎng)的壓力降和氣旋強(qiáng)度,得到節(jié)流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)空氣靜壓軸承穩(wěn)定性的影響規(guī)律。對(duì)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的微孔陣列式空氣靜壓軸承進(jìn)行全參數(shù)三維實(shí)體建模,分析微孔陣列式節(jié)流器微孔個(gè)數(shù)、節(jié)流器微孔直徑、平均半徑間隙以及節(jié)流器軸向位置對(duì)空氣靜壓軸承靜態(tài)性能的影響規(guī)律,根據(jù)分析結(jié)果實(shí)現(xiàn)微孔陣列式空氣靜壓軸承的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用有限元法對(duì)不同工作條件下的微孔陣列式空氣靜壓軸承的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行數(shù)值仿真分析,對(duì)處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的空氣靜壓軸承,研究偏心率、軸承轉(zhuǎn)速對(duì)微孔陣列式空氣靜壓軸承的承載力、剛度和氣膜壓力分布的影響規(guī)律。對(duì)電主軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的三維設(shè)計(jì),建立微孔陣列式空氣靜壓電主軸的全參數(shù)三維模型,運(yùn)用流固耦合方法分析電主軸的靜態(tài)特性,得到主軸系統(tǒng)的位移和剛度隨外載荷的變化規(guī)律。對(duì)電主軸進(jìn)行模態(tài)分析,確定主軸系統(tǒng)的固有頻率和振型,計(jì)算主軸的渦動(dòng)失穩(wěn)臨界轉(zhuǎn)速；分析主軸系統(tǒng)在外部激勵(lì)作用下的的動(dòng)態(tài)響應(yīng),得到主軸的前端位移隨外部激勵(lì)的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明,在工作條件相同時(shí),微孔陣列式節(jié)流空氣靜壓軸承比小孔節(jié)流空氣靜壓軸承的穩(wěn)定性好；在一定范圍內(nèi),節(jié)流器微孔個(gè)數(shù)越多,微孔直徑越小,微孔陣列式空氣靜壓軸承的穩(wěn)定性越好。通過(guò)數(shù)值仿真的方法優(yōu)化設(shè)計(jì)得到的微孔陣列式空氣靜壓軸承具有高承載力高剛度的特點(diǎn),基于微孔陣列式空氣靜壓軸承設(shè)計(jì)的空氣靜壓電主軸的軸向剛度高,主軸前端受外部激勵(lì)的影響小,動(dòng)靜態(tài)性能良好,符合印刷電路板高速高精度加工的要求。
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG527

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本文編號(hào)：2018649