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機(jī)床靜壓主軸的設(shè)計(jì)分析
日期：2025-11-15 00:12
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摘要：
機(jī)床靜壓主軸基于機(jī)械切削方法加工微結(jié)構(gòu)和微零件,由于其加工效率高、成本低及加工材料范圍廣泛等特點(diǎn),越來(lái)越引起人們的重視。面向微結(jié)構(gòu)和微零件的超精密加工機(jī)床,要求其主軸部件具有極高的回轉(zhuǎn)精度。空氣靜壓主軸憑借其高精度、高速度及低摩擦等特點(diǎn),在超精密加工機(jī)床領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于用可壓縮氣體作潤(rùn)滑劑,空氣靜壓主軸具有剛度低、承載力小及穩(wěn)定性差等缺點(diǎn),限制了其應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大。因此有必要對(duì)空氣靜壓主軸的靜態(tài)性能及動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行深入的研究。
2.求解穩(wěn)態(tài)雷諾方程數(shù)值解,通過(guò)有限差分法,將非線性雷諾方程離散為求解域內(nèi)的一系列線性方程組,運(yùn)用松弛迭代法,獲得氣膜內(nèi)的壓力分布解。
3.以氣膜內(nèi)壓力解為基礎(chǔ),通過(guò)Simpson積分,求解不同工況下的承載力。再次利用差分法,獲得不同工況下的氣膜剛度。
4.分析空氣靜壓主軸的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性,從空氣靜壓主軸-軸承系統(tǒng)的阻尼特性入手,分析主軸發(fā)生渦動(dòng)失穩(wěn)時(shí)的臨界轉(zhuǎn)速的影響因素。通過(guò)有限元分析方法,對(duì)空氣靜壓主軸-軸承系統(tǒng)的模態(tài)特性進(jìn)行計(jì)算分析,將高壓氣膜等效為柔性彈簧單元,終得出主軸-軸承系統(tǒng)的各階振型。結(jié)合渦動(dòng)穩(wěn)定性的分析,給出主軸-軸承系統(tǒng)的臨界穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。
1.設(shè)計(jì)空氣靜壓主軸部件,確定主軸部件的結(jié)構(gòu)形式、空氣軸承氣膜間隙、氣體節(jié)流方式、節(jié)流器參數(shù)及供氣壓力。通過(guò)工程計(jì)算,給出了空氣靜壓主軸的承載力、靜態(tài)剛度及耗氣量等性能參數(shù)。
2.求解穩(wěn)態(tài)雷諾方程數(shù)值解,通過(guò)有限差分法,將非線性雷諾方程離散為求解域內(nèi)的一系列線性方程組,運(yùn)用松弛迭代法,獲得氣膜內(nèi)的壓力分布解。
3.以氣膜內(nèi)壓力解為基礎(chǔ),通過(guò)Simpson積分,求解不同工況下的承載力。再次利用差分法,獲得不同工況下的氣膜剛度。
4.分析空氣靜壓主軸的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性,從空氣靜壓主軸-軸承系統(tǒng)的阻尼特性入手,分析主軸發(fā)生渦動(dòng)失穩(wěn)時(shí)的臨界轉(zhuǎn)速的影響因素。通過(guò)有限元分析方法,對(duì)空氣靜壓主軸-軸承系統(tǒng)的模態(tài)特性進(jìn)行計(jì)算分析,將高壓氣膜等效為柔性彈簧單元,終得出主軸-軸承系統(tǒng)的各階振型。結(jié)合渦動(dòng)穩(wěn)定性的分析,給出主軸-軸承系統(tǒng)的臨界穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。