气体静压轴承与主动磁轴承混合支撑轴系结构设计及静态性能研究

发布时间：2021-02-03 09:11

　　针对由气体静压轴承作为支撑的气浮精密主轴存在承载力相对较小及可控性不高的问题,结合带有周向微通槽的气体静压轴承与基于增量式PID控制的主动磁轴承,设计一款气磁混合支撑主轴。为提高小孔节流气体静压轴承的承载力,将气体静压轴承内表面的稳压室用矩形、三角形、半圆形截面动压微通槽相连通,通过FLUENT仿真分析3种截面动压微通槽对轴承承载能力的影响;以主轴的回转精度为衡量标准,在Matlab Simulink中仿真分析增量式PID控制的主动磁轴承的性能。结果表明:3种截面动压微通槽能有效提高气体静压轴承的承载能力,其中同等条件下矩形截面效果最好,可使轴承的承载力提高54%;基于增量式PID控制的主动磁轴承能够有效提高主轴的稳态响应速度及回转精度,使其在启动40 s后保持0.2μm的回转精度。 

【文章来源】：润滑与密封. 2020,45(07)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

气浮精密主轴结构

如图2所示,气体静压轴承启动时,气体通过节流孔进入主轴间隙内,主轴浮起转动开始空转,主轴与气体静压轴承不发生摩擦。主轴受到负载作用时,轴心发生偏移产生偏心量e,偏心较大的一端由于气体间隙变小的原因导致流阻Rf增大压力升高,没有偏心的一端由于气体间隙变大的原因导致流阻Rf减小压力变小,两端产生的压差用来平衡负载即气体静压轴承的承载效果。在对气体静压轴承的承载力进行求解时,可利用有限元法将气体静压轴承的气膜流场分为n个单元,通过对每个单元的承载力Wλ 进行计算并不断累加,可求得气体静压轴承总的承载力W,如式(1)所示。

节流器作为气体静压轴承最核心的部件,决定着气体静压轴承的承载力及刚度,小孔节流是目前最成熟、应用最广的节流方式[11]。文中对现有的气体静压小孔节流轴承进行改进,在气体静压小孔节流轴承的内部开设周向的动压微通槽,以提高气体静压轴承的承载力及刚度。气体静压小孔节流轴承在优化前的结构如图3所示,优化后的结构如图4所示。图4 气体静压轴承优化后结构示意

【参考文献】：
期刊论文
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[3]静压气体径向与半球轴承混合支撑轴系设计及静特性研究[J]. 李树森,周梓健,潘春阳.  润滑与密封. 2018(07)
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[7]气浮球形陀螺转子的控制[J]. 高洪民,汪渤,石永生,钟秋海.  火力与指挥控制. 2003(02)
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本文编号：3016256