超精高速动静压气磁轴承主轴稳定性分析及测控技术研究
发布时间：2023-03-14 22:24
高速主轴作为加工机床中最核心的部件,是制约机械加工精度提高的主要因素之一。本文为提高高速主轴的稳定性,将气体轴承高转速、大承载的优点与主动磁轴承可控性高的优点相结合,设计一种由气体动静压混合润滑轴承与径向主动磁轴承作为支撑轴承的超精高速动静压气磁主轴结构,运用理论建模和仿真验证的手段对气体动静压混合润滑轴承及径向主动磁轴承的结构和超精高速动静压气磁主轴运行的稳定性进行研究分析。根据气体状态、连续性及动力学方程推导出适用于一般情况的气体轴承雷诺方程,运用Fluent对气体动静压混合润滑轴承内部气膜流场压力分布进行仿真研究,得出节流孔径、转速、供气压力、气体平均间隙等主要结构参数与承载能力、刚度等静态性能之间的变化关系,对气体动静压混合润滑轴承进行优化设计,确定最佳结构参数。建立径向主动磁悬浮轴承的悬浮力数学模型,采用PID控制方法对转子的振动进行控制,利用Matlab simulink仿真软件对PID控制方法进行模拟仿真进而得出转子轴心的振动范围。对径向主动磁轴承结构进行设计,用仿真手段对径向主动磁轴承的磁通密度及磁场力进行计算,并且对超精高速动静压气磁主轴的检测装置及方法进行研究。对超...
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 气体动静压轴承的国内外现状
1.2.1 气体动静压轴承的国内现状
1.2.2 气体动静压轴承的国外现状
1.3 磁轴承的国内外现状
1.3.1 磁轴承的国内现状
1.3.2 磁轴承的国外现状
1.4 超精高速动静压气磁主轴研究现状
1.5 超精数控车床的研究现状
1.6 气体轴承轴系稳定性的研究现状
1.7 本文的主要研究内容
2 主轴气体静压轴承承载原理及润滑理论分析
2.1 气体静压轴承承载原理及分类
2.1.1 气体静压轴承承载原理
2.1.2 气体静压轴承分类
2.2 超精高速动静压气磁主轴结构
2.3 气体润滑理论模型分析
2.3.1 基本假设
2.3.2 气体力学的基本方程
2.3.3 -般气体轴承雷诺方程的推导
2.4 本章小结
3 主轴气体动静压润滑轴承结构设计
3.1 气体动静压混合润滑轴承结构参数
3.2 求解雷诺方程
3.3 结构参数确定
3.3.1 边界条件的设定
3.3.2 平均气膜间隙及供气压力的确定
3.3.3 节流孔径的确定
3.3.4 偏心率的确定
3.3.5 转速的确定
3.3.6 具体结构参数的确定
3.4 本章小结
4 主轴主动磁轴承控制技术及测试技术研究
4.1 磁轴承简介
4.1.1 磁轴承分类
4.1.2 主动磁轴承工作原理
4.2 主动磁轴承结构设计
4.2.1 许用磁动势计算
4.2.2 绕组设计
4.2.3 径向主动磁轴承承载力设计
4.2.4 径向主动磁轴承主要参数的确定
4.3 磁轴承控制技术研究
4.3.1 径向主动磁轴承数学模型
4.3.2 径向主动磁轴承控制技术研究
4.4 超精高速动静压气磁主轴回转误差测量方案研究
4.4.1 旋转系统
4.4.2 加载测试系统
4.4.3 回转误差测量方法研究
4.5 本章小结
5 超精高速动静压气磁主轴稳定性分析
5.1 超精高速动静压气磁主轴弹性转子运动微分方程的建立
5.1.1 转子系统简化
5.1.2 圆盘与支撑的位移
5.1.3 不计支撑弹性的弹性转轴的刚度矩阵
5.1.4 转子与支撑的动能
5.1.5 圆盘与支撑的势能
5.1.6 广义力
5.1.7 弹性转子系统微分运动方程
5.2 超精高速动静压气磁主轴刚性转子运动微分方程的建立
5.2.1 刚性转子系统模型简化
5.2.2 刚性转子系统运动微分方程
5.3 稳定性分析
5.3.1 弹性及刚性转子运动微分方程的求解
5.3.2 稳定性判断
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
东北林业大学学术硕士学位论文修改情况确认表
本文编号：3762864
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【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 气体动静压轴承的国内外现状
1.2.1 气体动静压轴承的国内现状
1.2.2 气体动静压轴承的国外现状
1.3 磁轴承的国内外现状
1.3.1 磁轴承的国内现状
1.3.2 磁轴承的国外现状
1.4 超精高速动静压气磁主轴研究现状
1.5 超精数控车床的研究现状
1.6 气体轴承轴系稳定性的研究现状
1.7 本文的主要研究内容
2 主轴气体静压轴承承载原理及润滑理论分析
2.1 气体静压轴承承载原理及分类
2.1.1 气体静压轴承承载原理
2.1.2 气体静压轴承分类
2.2 超精高速动静压气磁主轴结构
2.3 气体润滑理论模型分析
2.3.1 基本假设
2.3.2 气体力学的基本方程
2.3.3 -般气体轴承雷诺方程的推导
2.4 本章小结
3 主轴气体动静压润滑轴承结构设计
3.1 气体动静压混合润滑轴承结构参数
3.2 求解雷诺方程
3.3 结构参数确定
3.3.1 边界条件的设定
3.3.2 平均气膜间隙及供气压力的确定
3.3.3 节流孔径的确定
3.3.4 偏心率的确定
3.3.5 转速的确定
3.3.6 具体结构参数的确定
3.4 本章小结
4 主轴主动磁轴承控制技术及测试技术研究
4.1 磁轴承简介
4.1.1 磁轴承分类
4.1.2 主动磁轴承工作原理
4.2 主动磁轴承结构设计
4.2.1 许用磁动势计算
4.2.2 绕组设计
4.2.3 径向主动磁轴承承载力设计
4.2.4 径向主动磁轴承主要参数的确定
4.3 磁轴承控制技术研究
4.3.1 径向主动磁轴承数学模型
4.3.2 径向主动磁轴承控制技术研究
4.4 超精高速动静压气磁主轴回转误差测量方案研究
4.4.1 旋转系统
4.4.2 加载测试系统
4.4.3 回转误差测量方法研究
4.5 本章小结
5 超精高速动静压气磁主轴稳定性分析
5.1 超精高速动静压气磁主轴弹性转子运动微分方程的建立
5.1.1 转子系统简化
5.1.2 圆盘与支撑的位移
5.1.3 不计支撑弹性的弹性转轴的刚度矩阵
5.1.4 转子与支撑的动能
5.1.5 圆盘与支撑的势能
5.1.6 广义力
5.1.7 弹性转子系统微分运动方程
5.2 超精高速动静压气磁主轴刚性转子运动微分方程的建立
5.2.1 刚性转子系统模型简化
5.2.2 刚性转子系统运动微分方程
5.3 稳定性分析
5.3.1 弹性及刚性转子运动微分方程的求解
5.3.2 稳定性判断
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
东北林业大学学术硕士学位论文修改情况确认表
本文编号：3762864
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