小型动静压振动主轴的设计与实验研究

发布时间：2017-10-25 14:07

  本文关键词：小型动静压振动主轴的设计与实验研究

  更多相关文章： 振动主轴 动静压轴承 2D激振阀 油膜仿真

【摘要】：随着科学技术和工业生产的迅速发展,在产品的开发中,各种新型材料和加工方法的使用越来越广泛,振动切削技术在此背景下应运而生。针对振动切削加工设备的现实需求,将激振装置与机床主轴融合为一体是非常有意义的事情。振动切削机床的主轴受到振动力的作用,使得滚动轴承在外部振动的工况下受到更加突出的交变应力,其寿命会大幅度降低,而且当主轴直径小于60mm时,为保证切削速度必须提高主轴的转速,这也增加了对轴承的消耗;传统的液压激振装置受到伺服阀频宽限制,很难达到较高的频率。因此,研究一种适应并能够高频振动的高转速主轴,并应用于振动切削中,具有非常重要的研究价值。本文设计一种小型动静压振动主轴,其采用具有螺旋型油腔结构的动静压轴承为支撑,并采用双自由度阀(2D激振阀)作为动静压主轴振动的控制元件,提高了液压振动装置的激振频率,利用2D激振阀控制油液交替进出液压执行机构(小型动静压主轴),从而驱动主轴作轴向往复运动。论文的主要工作和成果如下:(1)小型动静压振动主轴的研制。介绍振动主轴的结构和工作原理,详细阐述了2D激振阀和动静压主轴的结构组成和工作原理。然后着重介绍了动静压轴承的结构设计,包括动静压轴承的设计计算,主轴材料的选用,以及主轴电机的选用。(2)小型动静压振动主轴数学模型的建立。在经典液压方程基础上,建立主轴激振数学模型;基于经典静压、动压轴承理论,建立了该动静压轴承的油膜压力方程以及承载力方程。(3)动静压轴承的有限元仿真分析。采用ANSYS Workbench中的Fluent模块对动静压轴承的油膜进行仿真计算,分析仿真参数变化对油膜的压力分布及承载力大小的影响。(4)小型动静压振动主轴的实验研究。搭建实验平台,采集激振频率20Hz-800Hz之间,振动腔的压力、主轴振动位移、主轴振动的加速度、泄漏流量和主轴旋转径向位移,并对其进行分析;然后测试不同主轴旋转速度、动静压轴承供油压力对主轴径向位移的影响,分析主轴的回转精度。
【关键词】：振动主轴 动静压轴承 2D激振阀 油膜仿真
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG502.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 振动切削的概述11-16
• 1.2.1 振动切削分类11-12
• 1.2.2 振动切削装置12-16
• 1.3 动静压轴承发展与研究现状16-20
• 1.3.1 国外动静压轴承发展与研究现状17-18
• 1.3.2 国内动静压轴承发展与研究现状18-20
• 1.4 选题的意义及研究内容20-22
• 1.4.1 课题的研究意义20-21
• 1.4.2 课题主要研究内容21-22
• 第2章 小型动静压振动主轴的研制22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 工作原理22-25
• 2.3 2D激振阀的结构原理25-27
• 2.4 动静压轴承设计27-30
• 2.4.1 动静压轴承的油腔设计27-28
• 2.4.2 动静压轴承结构设计28-30
• 2.5 材料的选用30-31
• 2.6 主轴油的选用31
• 2.7 主轴电机选用31-33
• 2.8 本章小结33-34
• 第3章 小型动静压振动主轴数学建模34-45
• 3.1 引言34
• 3.2 主轴激振数学模型建立34-39
• 3.2.1 2D激振阀阀口通流面积计算35-36
• 3.2.2 特性支配方程36-39
• 3.3 动静压轴承的数学模型39-44
• 3.3.1 油膜厚度方程39-40
• 3.3.2 雷诺方程及其无量纲差分形式40-41
• 3.3.3 雷诺方程的离散化41-43
• 3.3.4 承载力方程43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 小型动静压振动主轴轴承有限元仿真45-54
• 4.1 引言45
• 4.2 动静压轴承油膜仿真分析45-50
• 4.2.1 ANSYS Workbench仿真平台概述46-47
• 4.2.2 油膜模型建立47-48
• 4.2.3 网格划分48-49
• 4.2.4 边界条件设定及求解设置49-50
• 4.3 仿真结果分析50-53
• 4.3.1 主轴转速对油膜压力和承载力的影响50-51
• 4.3.2 偏心率对油膜压力和承载力的影响51-52
• 4.3.3 轴承供油压力对油膜压力和承载力的影响52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第5章 小型动静压振动主轴实验研究54-70
• 5.1 引言54
• 5.2 实验系统54-56
• 5.3 测试系统的搭建56-57
• 5.4 小型动静压振动主轴实验研究57-66
• 5.4.1 振动腔的压力特性研究57-60
• 5.4.2 主轴振动位移幅频特性研究60-61
• 5.4.3 主轴振动加速度特性研究61-66
• 5.4.4 主轴泄漏分析66
• 5.5 主轴动态径向跳动量测试66-68
• 5.5.1 主轴转速对径向跳动的影响67-68
• 5.5.2 供油压力对径向跳动的影响68
• 5.6 本章小结68-70
• 第6章 结论与展望70-73
• 6.1 结论70-71
• 6.2 展望71-73
• 参考文献73-76
• 致谢76-77
• 攻读学位期间的科研成果77

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本文编号：1094035