机床主轴静压轴承刚度影响因素分析与结构优化

发布时间：2020-07-18 04:51

【摘要】：数控端面外圆磨床关键技术之一是砂轮架的设计,而主轴和轴承是砂轮架的关键部分。本文主要研究主轴轴承系统刚性问题。主轴轴承系统刚性是指在磨削力或传动力作用下抵抗变形的能力,包括主轴本身的刚性,轴承刚性和支撑部分的接触刚性。刚性过低,则会导致降低磨削效率、加工精度和工件表面质量,引起直波形和螺旋线缺陷。提高静压轴承的刚性一般通过增加油的粘度、供油压力和减小轴承间隙,其中减小轴承间隙是提高轴承的油膜刚性的最有效方法,但是轴承间隙减小后,轴承变形量如果超过轴承间隙,则会导致轴承间隙内的油膜遭到破坏,无法产生压力差并且损伤主轴轴承系统,所以研究主轴轴承系统的刚性就显得尤为重要。本文以液体静压轴承为研究对象,首先根据理论公式分析液体静压轴承的静态性能,为后续研究工作奠定了基础。其次,通过流体力学软件ANSYS workbench的CFX模块对液体静压轴承进行流体分析,得到液体静压轴承的压力场和温度场分布,接着进行流体-固体耦合分析,得到压力场与温度场对主轴轴承系统刚性的影响,然后进行优化编程对静压轴承的几何参数进行设计改进,并且对优化后的模型进行流体分析及流体-固体耦合分析,验证改进后结构的合理性。最后,研究优化后主轴轴承系统的动态性能,即在考虑压力和温升的情况下,对液体静压轴承进行预应力模态分析、模态分析及谐响应分析,考虑压力与温度对静压轴承系统固有频率的影响,得到静压轴承的幅频特性云图。通过分析结果可知压力场对整个系统的刚性情况影响很小,提出了实际生产时候控制静压轴承的温度重要性,并从主轴回转摩擦功率损耗、油泵功率损耗和油泵的机械与液压损失等几方面分析了与温度上升的关联性。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG596

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本文编号：2760441