氣體軸承技術(shù)是一種隨著高科技的出現(xiàn)而發(fā)展起來的先進的實用技術(shù),它具有幾乎沒有摩擦、無磨損、無污染、回轉(zhuǎn)精度高,能在高溫和低溫工況下工作等特點,所以氣體軸承在高速回轉(zhuǎn)主軸和超精密主軸中有廣泛的應(yīng)用。 高速大功率全支承靜壓主軸采用全新設(shè)計方法,以全支承空氣靜壓軸承為支承,提高了空氣靜壓主軸的靜態(tài)剛度和承載能力。采用這種新型主軸形式可以將空氣靜壓主軸的工藝范圍從傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域如高速鉆削和磨削的精密加工,拓展到高速精密銑削和車削加工。 本文采用有限元分析方法,對高速大功率全支承靜壓主軸的結(jié)構(gòu)和動靜態(tài)特性進行了深入的研究,具體包括: 1.高速大功率全支承靜壓電主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。本文主要研究了節(jié)流器的設(shè)計選型、軸承氣膜間隙的計算和主軸電機的選擇等。 2.高速空氣靜壓主軸動靜態(tài)特性的一維有限元分析。本文采用非線性彈簧模擬氣體軸承,對主軸單元進行有限元建模,獲得一種計算靜態(tài)剛度的簡單方法;本文還對主軸進行了動態(tài)分析:包括模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析,研究了空氣靜壓主軸的固有頻率、振型、最小動剛度,計算了主軸不同位置所發(fā)生的最大動態(tài)位移。 3.針對一維有限元分析空氣靜壓主軸靜態(tài)剛度計算精度不高的問題,本文提出一種新的分析方法——流固耦合分析。該分析方法是流體分析和固體分析相結(jié)合的一種方法,通過采用三維流體與實體建模來實現(xiàn)對主軸的靜態(tài)剛度的分析,提高了計算仿真的精度。 4.建立了高速大功率全支承空氣靜壓電主軸的靜態(tài)剛度和動態(tài)測試實驗系統(tǒng),將電主軸靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)和理論計算結(jié)果作對比,驗證了理論分析的可靠程度。 5.從軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)和軸承系統(tǒng)的布局兩方面提出了兩種改進方案,其中多支承改進型支承方案是對高剛度氣體軸承支承方式的創(chuàng)新,提高了主軸的剛度。 本文有兩大創(chuàng)新點:第一,用流固耦合的分析方法分析空氣靜壓主軸。 第二,提出一種新型空氣靜壓主軸支承方式——多支承改進型。
【學位單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2005
【中圖分類】：TH133.35
【部分圖文】：

廣東工業(yè)大學工學碩士學位論文滑結(jié)構(gòu)還可以提高抗卡死的性能，從而使得其更適于在高速下工作3]l。滾動軸承支承的高速電主軸的典型結(jié)構(gòu)如圖1一1所示。圖l一1瑞士BIAG公司滾動軸承電主軸Fig.l一1High一sPeedMotorizedSPindlewithrollbearingbySwitzerlnadIBAG圖1一2HF200MA4OKW型磁浮軸承電主軸的結(jié)構(gòu)圖Fig.l一2HF200MA40KWMagnetieBearingSPindles(2)磁懸浮軸承隨著高速主軸技術(shù)的發(fā)展，人們對主軸的轉(zhuǎn)速和功率的要求進一步提高，傳統(tǒng)的滾動球軸承的結(jié)構(gòu)已經(jīng)難以滿足超高速、大功率電主軸的要求了，磁懸浮軸承的應(yīng)用就使得這種超高速、大功率的主軸成為可能。這種電主軸的關(guān)鍵及其核心就是磁懸浮軸承技術(shù)，它主要是用在超高速大功率的機床上，轉(zhuǎn)速一般在十萬轉(zhuǎn)/分以上，磁懸浮軸承電主軸的結(jié)構(gòu)如圖l一2所示。懸浮軸承支

基~多娜分奢妙齡蟋瞥觸抓圖3一6主軸靜態(tài)特性的有限元分析模型Fig.3一6EFMModelnigofrSUrteUrtalAnyaisisofSPnidi圖3一7BEAM188單元空間三維顯示Fig.3一7們肚eedimensionshowofBexnal88DISPLACE衛(wèi)EI可1.3llP二1SIEJ二8Tl】住二1D松<=.020552AN一班幾丫72D0515:57:29圖3一8主軸受載后的變形圖Fig.3一8TrnasmuattionofsPnidieunderloda假定主軸材料為各向同性的線彈性材料，彈性模量EX=l.93ESMPa，泊松比PRxY二.027，主軸材料密度DNEs=7.86E一6kg/r恤3’將軸承的單排節(jié)流孔簡化為一個彈

治齜椒ǘ愿咚倏掌釷慚溝韁髦岬木蔡噻匭越鈉蟹掄娣治?圖4一3氣膜和排氣槽的邊界條件和網(wǎng)格劃分Fig.4一3Boundayrconditionsandmeshesofthegasfilmandexhaustgroove圖4一4氣膜和排氣槽的壓強分布Fig.4一4Pressuredisrtibutionofthegasfilmandexhaustgroove圖4一4是氣膜和排氣槽的壓強分布圖，在這個圖上可以很明顯的看出，排氣槽入口壓強和環(huán)境壓強是一樣的，即氣膜的出口壓強與環(huán)境壓強相同。因此，分析單個軸承部件在不同偏心下氣膜和小孔處的壓強分布的時候，本文將氣膜的兩端的壓強設(shè)為環(huán)境壓強。

【引證文獻】

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 康輝民;高速電主軸靜動態(tài)性能分析與實驗檢測技術(shù)[D];重慶大學;2010年

相關(guān)碩士學位論文 前4條

1 楊峰;高精密數(shù)控車床液體靜壓主軸特性分析[D];昆明理工大學;2010年

2 喬江東;基于數(shù)值模擬的精密擺角銑頭氣體靜壓軸承的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2006年

3 楊文勇;空氣靜壓支承電主軸動態(tài)性能流固耦合分析與實驗研究[D];廣東工業(yè)大學;2008年

4 陳坤;直驅(qū)式滾齒機工件主軸系統(tǒng)抗振性結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化[D];重慶理工大學;2010年

本文編號：2834514