基于全局尺寸的气体静压轴系公差设计的研究
发布时间：2020-08-12 09:37
【摘要】：精密机床及测量仪器是工业生产的关键,在精密加工及测量、航空航天等领域得到了广泛的应用,气体静压主轴是其中的关键部件。目前,我国对气体静压主轴的生产仍未能达到批量化,限制了精密机床和测量仪器的发展。本文主要研究气体静压主轴径向轴系配合间隙,基于全局尺寸进行轴承与转子配合的公差设计,研究了皮肤模型下气体静压轴承的性能并进行了相关的实验分析。在气体静压轴承—转子结构分析的基础上,采用圆柱体全局尺寸分析轴系的径向配合间隙。通过轴承、转子配合影响因素分析可知,轴承、转子(孔和轴)配合不仅受尺寸偏差的影响,而且还包括圆度、圆柱度和垂直度误差等几何误差的影响。采用包含尺寸偏差和几何误差的尺寸链分析轴承和转子的配合以及基于全局尺寸的轴系配合,通过蒙特卡洛方法模拟仿真轴承和转子全局尺寸分布下轴系配合的径向间隙。通过轴系配合分析,确定轴系配合尺寸公差和几何公差的取值,采用遗传算法,以成本—公差函数分析轴承和转子的配合,将公差取值分配给轴承和转子的圆度、圆柱度和垂直度误差。通过对圆柱体截面数据的仿真,在UG中建立气体静压主轴轴承和转子配合圆柱面的皮肤模型(包括多孔质气体静压主轴和小孔节流气体静压主轴),将所建立轴系装配模型在ANSYSWorkbench进行处理,得到轴承性能仿真所需的物理模型,并计算其承载力。在模块化主轴性能试验台上对小孔节流气体静压轴承的承载力进行实验,并与理想情况下和皮肤模型下轴承的性能进行对比分析。结合理论研究与仿真结果,给出气体静压径向轴系公差设计方法的流程,通过对皮肤模型下轴承性能的仿真,为基于全局尺寸的气体静压主轴径向气膜厚度的设计奠定了基础。
【学位授予单位】：中原工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH133.2
【图文】：
中原工学院硕士学位论文 第 1 章 甚至更高[5]。目前，对精密气体静压主轴的研究和生产主要包括高校、研究所和一些国外知名企业美国Moore公司、英国泰勒以及哈尔滨工业大学等。其中，美国Moore单点金刚石车床气压主轴采用独家专有PI带有中心推力平板的径向沟槽补偿空气轴承，如图1.1所示，轴向可以达到 228 N/μm，径向刚度可以达到 98 N/μm，轴向和径向的运动精度≤12.5nm；Talyrond585H全自动圆度/圆柱度测量仪，如图1.2所示，主轴采用高精度空气轴承，精度0.015μm。
压主轴采用独家专有PI带有中心推力平板的径向沟槽补偿空气轴承，如图1.1所示，轴向刚度可以达到 228 N/μm，径向刚度可以达到 98 N/μm，轴向和径向的运动精度≤12.5nm；英国Talyrond585H全自动圆度/圆柱度测量仪，如图1.2所示，主轴采用高精度空气轴承，精度达到0.015μm。图1.1 Moore单点金刚石车床主轴 图1.2 圆度/圆柱度测量仪与国外相比，国内对气体静压主轴的研究和制造起步较晚，同时，由于加工和制造能力的落后，国内气体静压主轴生产制造的发展也较为缓慢。首先，在理论上对气体静压主轴的研究很多，但在理论上对主轴及轴系零件设计加工的指导文献相对较少，不能在主轴及轴系零件的加工上给予理论的指导。在一些生产规模较小的企业，大多依靠经验和人工的方法进行生产制造，虽然可以满足一些特定场合对气体静压主轴的需要，但在长远看来，只有在理论上有所突破，结合生产实际进行气体静压主轴的设计和生产，最终才能突破国际垄断，发展自主产业，推动我国科学技术的发展。国内对气体静压主轴的研究也取得了较大的研究成果
也应相应地提高，尤其是对径向轴承与转子的配合面的公差设计，不同的设计方法对主轴性能有不同的影响。通过对气体静压主轴设计过程进行总结分析，轴系配合的公差设计过程可以由图1.3的流程图表示。图1.3 轴系公差设计程序气体静压轴承径向气膜厚度是公差设计的核心内容，只有进行合理的公差设计，才能保证轴承和转子的配合，进而保证设计要求和性能要求。不同的气膜厚度的变化导致主轴的性能也各不相同，轴系零件配合公差设计是气膜厚度设计重要内容，加工精度越高，轴系零件的配合精度也越高，越能保证轴承的径向气膜厚度。通过性能要求和加工条件的分析，结合轴系零件在加工过程中存在的误差形式，可以进行气体静压轴系的公差设计，进而保证轴系径向气膜厚度。轴承和转子的加工误差导致轴系径向气膜厚度产生误差且分布不均，进而对主轴的性能产生影响。对轴系零件进行公差设计，即对轴承和转子配合圆柱面的公差取值进行求解。1.4 本文的主要研究内容本文结合国家自然科学
【学位授予单位】：中原工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH133.2
【图文】：
中原工学院硕士学位论文 第 1 章 甚至更高[5]。目前，对精密气体静压主轴的研究和生产主要包括高校、研究所和一些国外知名企业美国Moore公司、英国泰勒以及哈尔滨工业大学等。其中，美国Moore单点金刚石车床气压主轴采用独家专有PI带有中心推力平板的径向沟槽补偿空气轴承，如图1.1所示，轴向可以达到 228 N/μm，径向刚度可以达到 98 N/μm，轴向和径向的运动精度≤12.5nm；Talyrond585H全自动圆度/圆柱度测量仪，如图1.2所示，主轴采用高精度空气轴承，精度0.015μm。
压主轴采用独家专有PI带有中心推力平板的径向沟槽补偿空气轴承，如图1.1所示，轴向刚度可以达到 228 N/μm，径向刚度可以达到 98 N/μm，轴向和径向的运动精度≤12.5nm；英国Talyrond585H全自动圆度/圆柱度测量仪，如图1.2所示，主轴采用高精度空气轴承，精度达到0.015μm。图1.1 Moore单点金刚石车床主轴 图1.2 圆度/圆柱度测量仪与国外相比，国内对气体静压主轴的研究和制造起步较晚，同时，由于加工和制造能力的落后，国内气体静压主轴生产制造的发展也较为缓慢。首先，在理论上对气体静压主轴的研究很多，但在理论上对主轴及轴系零件设计加工的指导文献相对较少，不能在主轴及轴系零件的加工上给予理论的指导。在一些生产规模较小的企业，大多依靠经验和人工的方法进行生产制造，虽然可以满足一些特定场合对气体静压主轴的需要，但在长远看来，只有在理论上有所突破，结合生产实际进行气体静压主轴的设计和生产，最终才能突破国际垄断，发展自主产业，推动我国科学技术的发展。国内对气体静压主轴的研究也取得了较大的研究成果
也应相应地提高，尤其是对径向轴承与转子的配合面的公差设计，不同的设计方法对主轴性能有不同的影响。通过对气体静压主轴设计过程进行总结分析，轴系配合的公差设计过程可以由图1.3的流程图表示。图1.3 轴系公差设计程序气体静压轴承径向气膜厚度是公差设计的核心内容，只有进行合理的公差设计，才能保证轴承和转子的配合，进而保证设计要求和性能要求。不同的气膜厚度的变化导致主轴的性能也各不相同，轴系零件配合公差设计是气膜厚度设计重要内容，加工精度越高，轴系零件的配合精度也越高，越能保证轴承的径向气膜厚度。通过性能要求和加工条件的分析，结合轴系零件在加工过程中存在的误差形式，可以进行气体静压轴系的公差设计，进而保证轴系径向气膜厚度。轴承和转子的加工误差导致轴系径向气膜厚度产生误差且分布不均，进而对主轴的性能产生影响。对轴系零件进行公差设计，即对轴承和转子配合圆柱面的公差取值进行求解。1.4 本文的主要研究内容本文结合国家自然科学
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本文编号：2790361
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