超高速空氣電主軸結構優(yōu)化設計及系統(tǒng)穩(wěn)定性分析.pdf

1、隨著電子元器件微型化和各類電器功能復雜化，PCB電路板的集成度也越來越高，PCB板上的微細孔也越來越密集。為了提高密集孔的鉆削效率和改善微小孔的鉆削質量，在PCB微細孔的鉆削過程中，常采用超高速空氣靜壓電主軸來鉆削。超高速電主軸最大的特點就是以氣體為潤滑介質實現了無污染、零摩擦、回轉精度高的加工目標，氣體潤滑在帶來了明顯優(yōu)勢的同時也有著自身的不足點，其中氣體存在著不可避免的壓縮性致使高速電主軸在工作運轉時會出現不穩(wěn)定的現象。
　　

2、針對電主軸系統(tǒng)的結構和穩(wěn)定性兩類問題，本文主要分為以下幾個板塊：徑向靜壓軸承和軸向止推軸承的結構優(yōu)化設計、電主軸系統(tǒng)支承結構形式的改善和提高、氣錘振動和渦動失穩(wěn)兩大動靜態(tài)穩(wěn)定性問題、實際運轉過程中的動態(tài)響應問題，主要內容為以下幾個方面：
　　1.借鑒流體力學中氣體潤滑的雷諾方程，通過計算將靜壓軸承中流體的雷諾數求出從而對所分析的流體狀態(tài)進行確定，利用對軸承流體分析得到的壓力云圖可以分析出軸承間隙內氣膜的承載能力和剛度情況；通過MA

3、TLAB軟件的數值分析功能結合氣體的潤滑方程式將軸承關鍵的幾個結構參數與承載能力和剛度的關系規(guī)律曲線圖求出，從中優(yōu)選出最佳的結構尺寸實現對軸承的優(yōu)化設計。
　　2.通過分析出電主軸系統(tǒng)的徑向剛性特點并結合其剛度方程式一般形式的規(guī)律特點提出了添加支承件以及具體支承位置的假設；針對提出的假設對其進行了4種經典的不同支承結構分析，依據分析的結果對其最佳的支承結構形式進行了優(yōu)選驗證，有效的提高了電主軸的系統(tǒng)剛度。
　　3.將電主軸系

4、統(tǒng)的穩(wěn)定性問題分為動靜態(tài)兩部分展開研究。其中靜態(tài)穩(wěn)定性的問題就是氣錘振動現象，根據氣體軸承的穩(wěn)定平衡方程式，運用MATLAB軟件逐個將節(jié)流孔直徑、供氣壓力、氣腔半徑對氣錘振動的影響作了分析研究；而針對動態(tài)穩(wěn)定性的渦動失穩(wěn)現象，則依據氣體軸承阻尼力公式對渦動失穩(wěn)跟主軸軸徑轉速二者的關系作了分析，利用規(guī)律曲線圖對電主軸的渦動速度、軸徑轉速跟阻尼系數的變化規(guī)律進行總結。
　　4.利用模態(tài)分析將主軸固有頻率以及各階變形類型求出，然后著重對