本文關(guān)鍵詞：基于銑床高速電主軸的徑向止推聯(lián)合氣體軸承數(shù)值仿真與試驗(yàn)研究

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【摘要】：當(dāng)前數(shù)控銑床高速電主軸廣泛采用滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承,滾動(dòng)軸承由于磨損嚴(yán)重影響壽命,滑動(dòng)軸承由于潤(rùn)滑液的摩擦產(chǎn)生大量熱和泄漏問題,應(yīng)用存在很大局限性。氣體軸承具有轉(zhuǎn)速高、穩(wěn)定性好、精度高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),目前已成為高速電主軸主要支承方式。論文以銑床用高速電主軸的徑向止推聯(lián)合氣體軸承為研究對(duì)象,采用理論分析,數(shù)值模擬及試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法對(duì)其流場(chǎng)壓力分布、速度分布以及承載力、剛度等特性進(jìn)行研究分析,獲得其影響因素及分布規(guī)律。結(jié)合動(dòng)壓、靜壓軸承設(shè)計(jì)理論,對(duì)軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。針對(duì)高速電主軸轉(zhuǎn)子與徑向止推聯(lián)合氣體軸承之間流場(chǎng)結(jié)構(gòu),建立三維聯(lián)合軸承數(shù)值仿真模型。采用分區(qū)、結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格相結(jié)合的方法對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,并通過網(wǎng)格相關(guān)性對(duì)模型進(jìn)行評(píng)估,獲得適合的網(wǎng)格劃分原則。在不同工況條件下,運(yùn)用CFD方法對(duì)徑向止推聯(lián)合氣體軸承的流場(chǎng)特性進(jìn)行數(shù)值模擬,獲得壓力分布、速度分布以及承載力、剛度的變化規(guī)律,并與單獨(dú)徑向氣體軸承流場(chǎng)特性進(jìn)行對(duì)比分析。分析結(jié)果顯示:兩種模型具有不同的流場(chǎng)分布特性,高速下徑向止推聯(lián)合氣體軸承動(dòng)壓效應(yīng)雖然更顯著,但由于受止推面流場(chǎng)影響,其承載力低于單獨(dú)的徑向軸承;在高轉(zhuǎn)速、大負(fù)載條件下聯(lián)合軸承剛度優(yōu)于單獨(dú)徑向氣體軸承。在電主軸轉(zhuǎn)子空載及切削條件下對(duì)軸承及電主軸特性進(jìn)行測(cè)試。采用單雙邊加載方式對(duì)不同偏心率下軸承負(fù)載能力進(jìn)行測(cè)試,并且與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析;通過自編的LABVIEW軟件程序?qū)Σ煌D(zhuǎn)速、供氣壓力下轉(zhuǎn)子的振幅進(jìn)行采集,分析轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性及變化規(guī)律。
【關(guān)鍵詞】：高速電主軸 徑向止推聯(lián)合氣體軸承 承載力 剛度
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG547
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 論文研究背景及意義10-11
• 1.2 高速電主軸技術(shù)概述11-14
• 1.2.1 高速電主軸特點(diǎn)11-12
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)外高速電主軸技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀12-14
• 1.3 國(guó)內(nèi)外氣體軸承的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1 靜壓氣體軸承的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3.2 動(dòng)壓氣體軸承的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.3 動(dòng)靜壓混合氣體軸承的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容17-19
• 第2章 徑向止推聯(lián)合氣體軸承數(shù)學(xué)模型的建立19-34
• 2.1 徑向止推聯(lián)合氣體軸承物理模型19-20
• 2.2 氣體軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能分析20-28
• 2.2.1 氣體軸承的基本方程及設(shè)計(jì)理論20-26
• 2.2.2 靜壓徑向氣體軸承的性能計(jì)算26-27
• 2.2.3 動(dòng)壓徑向氣體軸承的性能計(jì)算27-28
• 2.3 數(shù)值仿真模型的建立28-31
• 2.3.1 模型的建立及網(wǎng)格劃分28-30
• 2.3.2 網(wǎng)格相關(guān)性分析30-31
• 2.4 理論與仿真結(jié)果對(duì)比分析31-33
• 2.4.1 靜壓氣體軸承理論設(shè)計(jì)與仿真結(jié)果對(duì)比分析31-32
• 2.4.2 動(dòng)壓氣體軸承理論設(shè)計(jì)與仿真結(jié)果對(duì)比分析32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第3章 徑向止推聯(lián)合氣體軸承的數(shù)值仿真34-51
• 3.1 徑向止推聯(lián)合氣體軸承和單獨(dú)徑向氣體軸承承載力分析34-47
• 3.1.1 徑向止推聯(lián)合氣體軸承徑向承載力特性分析34-37
• 3.1.2 徑向止推聯(lián)合氣體軸承和單獨(dú)徑向氣體軸承承載力對(duì)比分析37-40
• 3.1.3 徑向止推聯(lián)合氣體軸承和單獨(dú)徑向氣體軸承分區(qū)對(duì)比分析40-43
• 3.1.4 徑向止推聯(lián)合氣體軸承動(dòng)壓潤(rùn)滑的承載力仿真分析43-44
• 3.1.5 徑向止推聯(lián)合氣體軸承動(dòng)靜壓混合、靜壓和動(dòng)壓潤(rùn)滑承載力關(guān)系44-47
• 3.2 徑向止推聯(lián)合氣體軸承剛度特性分析47-50
• 3.2.1 徑向止推聯(lián)合氣體軸承剛度變化規(guī)律47-49
• 3.2.2 徑向止推聯(lián)合氣體軸承和單獨(dú)徑向氣體軸承剛度對(duì)比分析49-50
• 3.3 本章小結(jié)50-51
• 第4章 高速電主軸特性試驗(yàn)51-65
• 4.1 試驗(yàn)原理和裝置51-54
• 4.2 高速電主軸承載力測(cè)試54-59
• 4.2.1 加載方案設(shè)計(jì)54-55
• 4.2.2 單邊承載測(cè)試受力分析55-56
• 4.2.3 單邊承載試驗(yàn)結(jié)果與誤差分析56-57
• 4.2.4 雙邊承載測(cè)試受力分析57-58
• 4.2.5 雙承載試驗(yàn)結(jié)果與誤差分析58-59
• 4.3 高速電主軸系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試59-64
• 4.3.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試步驟59
• 4.3.2 不同供氣壓力下轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性59-60
• 4.3.3 不同供氣壓力、不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性60-63
• 4.3.4 不同供氣壓力下銑削加工穩(wěn)定性63
• 4.3.5 電主軸起停穩(wěn)定性63-64
• 4.4 本章小結(jié)64-65
• 結(jié)論65-67
• 參考文獻(xiàn)67-70
• 致謝70

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