高速、精密、超精密加工技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)中的一個(gè)重要發(fā)展方向,高速高精度電主軸是該技術(shù)的前提和基礎(chǔ),其中高速高剛度的電主軸技術(shù)是目前研究的熱點(diǎn)�？諝廨S承作為一種以空氣為潤滑介質(zhì)的非接觸式的支承元件,由于其特有的均化作用,它可以達(dá)到很高的回轉(zhuǎn)精度,而且?guī)缀鯖]有摩擦和磨損,它具有轉(zhuǎn)速高及使用壽命長的優(yōu)點(diǎn),但是空氣軸承存在承載能力和剛度較小的弱點(diǎn),一般應(yīng)用在切削力不大的場合。因此研究并采用新的設(shè)計(jì)方法,使空氣軸承的承載力及剛度有效地提高,使之能夠從傳統(tǒng)的高速鉆削、磨削及精密加工領(lǐng)域,拓展到高速精密銑削和車削,具有重要的意義。 本文以新型結(jié)構(gòu)的高速大功率全支承空氣靜壓主軸為研究對(duì)象,首先對(duì)主軸中的單個(gè)空氣靜壓軸承進(jìn)行研究,采用直接數(shù)值模擬有限元方法對(duì)空氣靜壓軸承進(jìn)行全參數(shù)的三維實(shí)體建模,分析軸承在不同偏心率的情況下氣膜上的壓力分布,得出不同偏心率下軸承的承載力和剛度。在此基礎(chǔ)上,對(duì)靜壓軸承的動(dòng)壓效應(yīng)進(jìn)行分析,減小了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)分析中不考慮靜壓軸承的動(dòng)壓效應(yīng)所帶來的誤差,提高了軸承的設(shè)計(jì)精度,而且本文中的分析建模法可以很方便的應(yīng)用于液體靜壓潤滑。 在單個(gè)空氣靜壓軸承有限元分析的基礎(chǔ)上,本文對(duì)全支承空氣靜壓電主軸軸系采用了流—固耦合這種全新方法進(jìn)行了靜特性分析。該方法克服了傳統(tǒng)方法中分析軸系的軸承以得到軸承的剛度、阻尼等特性系數(shù),再用與軸承的特性系數(shù)等效的彈性支承元件代替軸承支承,得到新的結(jié)構(gòu)模型的缺點(diǎn)。該方法直接用軸承作支承,從流體和結(jié)構(gòu)相互作用的角度進(jìn)行直接分析,具有較高的精度。 針對(duì)大功率的空氣靜壓電主軸中電機(jī)產(chǎn)生的熱量的影響,本文從流體與熱耦合的角度出發(fā),直接分析流體與固體之間的熱交換問題,得出空氣靜壓電主軸的熱態(tài)特性。避免了傳統(tǒng)方法中先用經(jīng)驗(yàn)公式求對(duì)流傳熱系數(shù),然后再把對(duì)流傳熱系數(shù)邊界條件加到電主軸上的中間步驟。研究表明,熱—流耦合分析方法適用于電主軸的熱態(tài)特性研究。 本文最后建立了空氣靜壓電主軸的靜態(tài)剛度和熱態(tài)特性的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果表明,以上的分析方法可行并具有較高的精度。
【學(xué)位單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2006
【中圖分類】：TH133.2
【部分圖文】：

第二章空氣靜壓軸承靜態(tài)及動(dòng)態(tài)性能分析由于軸承是雙排節(jié)流孔，所以圖2一9(a)中的模型在兩排孔的中間有一個(gè)對(duì)稱的橫截面，將直角坐標(biāo)系的XY平面與這個(gè)對(duì)稱面重合，坐標(biāo)系的Z軸與軸承的軸心線重合，建立圖中所示坐標(biāo)系。于是，當(dāng)軸有偏心時(shí)，假如軸往圖示坐標(biāo)系中的X軸方向偏離，則模型關(guān)于XZ平面上下對(duì)稱，這樣，在進(jìn)行建模時(shí)，可以只取整個(gè)軸承的四分之一進(jìn)行分析，其模型如圖2一9(b)所示。)a軸承完整模型b)軸承四分之一模型圖2一9靜壓軸承3D模型(Fig.2一93Dmodeloftheaerostaticbearing)圖2一10軸承網(wǎng)格劃分圖(Fig

(2.21)八個(gè)小端面施加供氣壓力尸s=O.7M戶。圖2一12邊界條件示意圖(Fig.2一12SketchmaPofboundaryeondietion)圖2一13軸承軸截面內(nèi)速度分布圖(Fig.2一13SPeeddistributionmaPinaxissection)

圖2·16不同偏心率對(duì)應(yīng)的軸承氣膜壓力分布圖(Fig.2一16Pressuredistributiononthefilmofdieffrenteccentrieity)根據(jù)圖2一16()a一()i，越靠近節(jié)流孔的區(qū)域，氣膜壓力值越高。當(dāng):=0時(shí)(圖2一16()a)，所有節(jié)流孔的出口壓力都相等，整個(gè)氣膜上的壓力分布成周期對(duì)稱規(guī)律.而隨著偏心率的增大，即圖中氣膜右邊區(qū)域的厚度越來越小，左邊區(qū)域的厚度越來越大，氣膜上的壓力分布也隨著變化，其規(guī)律為壓力值在氣膜越薄的區(qū)域越大。根據(jù)以上的壓力分布，對(duì)氣膜上每一點(diǎn)的壓力求合力，得到承載力牙，承載力對(duì)偏心量求導(dǎo)即為軸承剛度。因?yàn)檩S是沿+X方向偏移，因此牙為一X軸方向，取承載力的絕對(duì)值作出它與偏心率的關(guān)系
【引證文獻(xiàn)】

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1 梁靄明;馬平;;兩種典型氣腔空氣靜壓軸承的分析比較[J];潤滑與密封;2008年08期

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1 劉劍;劃片機(jī)空氣靜壓主軸靜態(tài)與熱態(tài)特性的有限元分析與實(shí)驗(yàn)研究[D];華東理工大學(xué);2011年

2 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(xué);2010年

3 舒鵬程;超高速空氣靜壓電主軸的動(dòng)靜態(tài)性能分析與實(shí)驗(yàn)研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2011年

4 陳萬群;微小型機(jī)床的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化及動(dòng)態(tài)特性分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

5 姚寧;滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)靜壓軸承靜態(tài)及主軸熱態(tài)特性分析[D];燕山大學(xué);2012年

6 高士強(qiáng);超高速磨削實(shí)驗(yàn)機(jī)床液體動(dòng)靜壓混合軸承的熱態(tài)特性研究[D];東北大學(xué);2008年

7 吳賀;超高速空氣靜壓電主軸熱特性分析[D];廣東工業(yè)大學(xué);2012年

8 張武果;高速精密磨床空氣靜壓徑向軸承承載性能研究[D];河南科技大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2844898