【摘要】：高速高精密主軸系統(tǒng)作為高速加工機(jī)床中的心臟部件,其性能的高低直接影響到高速加工機(jī)床的整體發(fā)展水平。現(xiàn)行的高速電主軸軸承技術(shù)中,滾動(dòng)軸承較大的振動(dòng)與噪聲、磁力軸承過(guò)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)以及氣體軸承較低的承載能力限制了其進(jìn)一步發(fā)展。本文設(shè)計(jì)完成了采用新型水基潤(rùn)滑液潤(rùn)滑的動(dòng)靜壓陶瓷滑動(dòng)軸承電主軸,并提出了一種基于潤(rùn)滑液粘度可控性,在現(xiàn)有制造水平下通過(guò)對(duì)粘度—軸承結(jié)構(gòu)尋優(yōu)從而實(shí)現(xiàn)主軸高性能的高速高精密主軸設(shè)計(jì)方法。根據(jù)上述構(gòu)思,本文主要工作如下: 研制完成了用于高速精密滑動(dòng)軸承的新型綠色水基潤(rùn)滑液。在確定潤(rùn)滑液主要組分后,采用正交試驗(yàn)方法確定了防銹添加劑組分配比,并測(cè)定了含不同濃度添加劑潤(rùn)滑液的溫度—粘度特性以及其他物理性能。 為確定陶瓷滑動(dòng)軸承摩擦副的制造材料,以及驗(yàn)證水基潤(rùn)滑液與工程陶瓷材料的匹配性能,開(kāi)展了熱壓燒結(jié)Si3N4和反應(yīng)燒結(jié)SiC陶瓷材料的摩擦磨損試驗(yàn)研究。結(jié)果表明,在不同的潤(rùn)滑情況下,SiC都表現(xiàn)出更高的極限承載能力、更好的跑合性能與更低的磨損率,而且生成了SiO2潤(rùn)滑膜并可有效改善摩擦磨損狀況;同時(shí)水基潤(rùn)滑液與陶瓷材料匹配良好并表現(xiàn)出優(yōu)良的潤(rùn)滑性能。 針對(duì)本課題獨(dú)特的基于低粘度潤(rùn)滑液、多孔質(zhì)節(jié)流器的流體動(dòng)靜壓軸承,采用編程求解修正Reynolds方程并調(diào)用有限元分析軟件的方法完成了高速水基潤(rùn)滑液潤(rùn)滑陶瓷軸承的TEHD數(shù)值理論計(jì)算與粘度、結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析,最終確定了多孔質(zhì)節(jié)流器、滑動(dòng)軸承液腔相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸與潤(rùn)滑液所需粘度;通過(guò)動(dòng)力計(jì)算與液膜穩(wěn)定性分析,算得軸心在小擾動(dòng)下偏離平衡位置后的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)為收斂。 在前述研究基礎(chǔ)上,最終設(shè)計(jì)完成了基于粘度可控水基潤(rùn)滑液的高速高精度動(dòng)靜壓陶瓷滑動(dòng)軸承主軸系統(tǒng)。其軸承布局具有理論上高熱穩(wěn)定性并采用了全包容結(jié)構(gòu)的陶瓷滑動(dòng)軸承摩擦副;通過(guò)仿真計(jì)算及優(yōu)化分析,確定了軸端外側(cè)與真空夾緊機(jī)構(gòu)相聯(lián)接、內(nèi)表面設(shè)計(jì)與HSK-C、HSK-D型刀柄相聯(lián)接的結(jié)構(gòu)并計(jì)算出了相應(yīng)刀柄最佳預(yù)緊力。最后完成了循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及主軸—循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)的一體電氣設(shè)計(jì)。
【圖文】：

瓷滾動(dòng)軸承技術(shù)發(fā)展較快，德國(guó) SKF 公司的速已可達(dá)到150000r/min以上[16]。適用于高速主構(gòu)緊湊、功耗小、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、品種規(guī)格繁于滾動(dòng)摩擦副為直接接觸的形式，高速情況球軸承不僅制造工藝復(fù)雜，并且往往配以油—非常昂貴。而滾動(dòng)軸承最大的缺點(diǎn)是運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)較動(dòng)軸承，也仍然存在著精度難以長(zhǎng)期保持的問(wèn)。磁力軸承基于磁懸浮技術(shù)，主要應(yīng)用于超高兩部分組成：軸承本身及其電氣控制系統(tǒng)。圖示意圖[17]。磁力軸承由定子與轉(zhuǎn)子組成，，定子有電磁環(huán)。定子電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)使轉(zhuǎn)子被支電磁力的平衡作用而懸浮起來(lái)，轉(zhuǎn)子與定子檢測(cè)，轉(zhuǎn)子位置產(chǎn)生偏差時(shí)，位置傳感器將偏子電磁鐵的電流（幅值及相位），從而保證轉(zhuǎn)

較高的承載能力、剛度、精度等性能指標(biāo)都是建立在主動(dòng)控制的基礎(chǔ)上制過(guò)程極為復(fù)雜，成本較高；磁力軸承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式較為復(fù)雜，因此難應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中；另外由于電磁材料的特殊性以及該類轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣磁力軸承主軸遇到特殊情況應(yīng)變能力弱，因而多數(shù)磁力軸承同時(shí)需要配承，愈發(fā)增加了結(jié)構(gòu)復(fù)雜性與制造成本。目前，國(guó)內(nèi)清華大學(xué)、南京航學(xué)、西安交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等高校都從事磁力軸承相關(guān)方面研 2000 年，清華大學(xué)與無(wú)錫開(kāi)源機(jī)床集團(tuán)公司合作，首次實(shí)現(xiàn)磁懸浮軸床電主軸的工廠應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。但是，國(guó)內(nèi)磁力軸承研究整體上與世界先進(jìn)較大，基本上仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。(3) 氣浮軸承。目前氣浮軸承已廣泛應(yīng)用于超高速與超精密加工機(jī)床中 為全球最大空氣軸承主軸供應(yīng)商 Westwind 公司印制電路板鉆孔用 inted Circuit Board)空氣軸承主軸結(jié)構(gòu)示意圖，其系列電主軸轉(zhuǎn)速可000r/min[24]�？諝忪o壓軸承工作原理與傳統(tǒng)靜壓滑動(dòng)軸承基本相同，是氣體在相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件之間形成的氣膜來(lái)支承負(fù)載，氣體潤(rùn)滑膜厚度很小 1-10μm。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TH133.31

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 吳興叢;非牛頓流體潤(rùn)滑軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)分析[D];天津大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2639481