基于高速精密電主軸的氣體靜壓軸承——轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的研究.pdf

1、氣體靜壓電主軸具有轉(zhuǎn)速高、精度高、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn),在高精數(shù)控機(jī)床上有廣闊的應(yīng)用前景。目前隨著轉(zhuǎn)速的提升,氣膜引起的動(dòng)態(tài)非線性因素極大地影響著氣體靜壓軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的提升,但是經(jīng)典轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)理論是基于支承是靜態(tài)線性的觀點(diǎn)建立的,這一矛盾導(dǎo)致經(jīng)典轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)理論無(wú)法滿足氣體靜壓軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的研究需求。
　　 本文以氣體靜壓電主軸的主體部分——?dú)怏w靜壓軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為研究對(duì)象,針對(duì)氣體靜壓軸承的流場(chǎng)計(jì)算、氣體靜壓軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的理論

2、計(jì)算、實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)搭建與驗(yàn)證等方面開展了深入的研究,主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　 以氣體靜壓軸承為研究對(duì)象,采用基于N—S方程的有限體積法中的層流模型對(duì)靜壓氣體軸承的流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算,基于仿真計(jì)算的結(jié)果,求解得到了軸承的剛度特性參數(shù)。
　　 針對(duì)氣膜的動(dòng)態(tài)非線性的特點(diǎn),基于經(jīng)典轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)理論,提出了氣體靜壓軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速的有限元計(jì)算方案。該計(jì)算方案通過預(yù)估臨界轉(zhuǎn)速值,使待解的頻率方程中的各項(xiàng)參數(shù)盡可能接近實(shí)際工況下系統(tǒng)通

3、過臨界轉(zhuǎn)速值時(shí)反映到頻率方程中的各項(xiàng)參數(shù)。將該方案應(yīng)用于氣體靜壓軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái),理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明,一、二階臨界轉(zhuǎn)速的理論計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值誤差在10％以內(nèi),所提出的計(jì)算方案具有較高的計(jì)算精度。
　　 基于所提出的計(jì)算方案,設(shè)計(jì)并搭建了氣體靜壓球面軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái),將氣體靜壓球面軸承應(yīng)用到高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,實(shí)驗(yàn)臺(tái)可以順利通過二階臨界轉(zhuǎn)速,但臨界轉(zhuǎn)速的實(shí)驗(yàn)測(cè)量值與設(shè)計(jì)值誤差較大,經(jīng)分析認(rèn)為造成誤差的主要因