超高速磨削电主轴液体动静压轴承动力学问题研究

发布时间：2020-11-05 11:57

　　 超高速磨削可以显著提高加工件的表面质量和加工精度,实现优质与高效加工的完美结合。液体润滑动静压轴承具有回转精度高、动态刚性和阻尼减振性能好、使用寿命长等优点,在超高速磨削电主轴领域有广泛的应用前景。液体动静压轴承的设计分析多基于传统的雷诺方程,忽略了油膜曲率、惯性项、径向流场变化等因素对轴承性能的影响,对轴心位置在扰动载荷作用下的瞬态变化过程也没有给予足够的关注。本文以超高速大负荷磨削电主轴用液体润滑动静压轴承为研究对象,针对具有典型深浅腔结构的动静压轴承开展研究,主要工作如下:(1)基于Navier-Stokes方程的CFD方法,考虑油膜曲率、惯性项、径向流场变化等因素对轴承性能的影响,对液体动静压轴承进行数值求解。以典型结构形式的深浅腔液体动静压轴承为研究对象,考虑油膜厚度尺寸,采用ICEM CFD软件,以O型Block分块划分的结构化网格划分方式,对液体动静压轴承润滑油膜进行三维模型网格划分,以动网格更新的方法来实现对不同偏心率油膜的快速建模。(2)采用有限体积法的CFD软件FLUENT,对深浅腔液体动静压轴承进行了数值计算,分析液体动静压轴承润滑油膜的压力场、温度场分布,研究了转速、偏心率等参数对油膜压力场、温度场分布的影响规律;考虑油膜轴承的油膜破裂现象,分析了油膜压力分布中负压力对油膜承载力的影响。(3)基于6DOF模型及动网格的计算方法,对具有典型结构形式的液体动静压轴承进行动力学特性计算与分析;用非线性迭代方法,计算外载荷作用下轴心轨迹的瞬态变化过程,开发出计算分析程序;通过嵌入UDF宏程序以动网格更新方法来实现对轴颈位置的扰动,并通过求解Navier-Stokes方程得到轴颈扰动前后位置变化后的瞬态油膜力,然后结合数值计算的差分方法,求解动静压轴承油膜刚度、阻尼动力特性系数,并比较分析了不同转速下动静压轴承动力特性系数的变化规律。
【学位单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG580.2
【部分图文】：

与研究意义术产业的迅速发展，光学玻璃、钛合金、高级陶瓷等材料因备受使用者青睐。但这些材料由于其具有硬度大、容易脆化加工过程复杂，成为普及化应用的瓶颈。超高速磨削作为近工技术，可以显著提高加工表面质量和加工精度，实现优质以有效突破这一瓶颈。超高速磨削的磨削线速度可达 150m加工效率可以与切削加工相媲美[2,3]。超高速磨削机床中的重要组成部分，因其在机械加工中的高能。含有液体动静压轴承的电主轴如图 1.1，刀具主轴由两]，与传统的机床主轴驱动方式相比，省去了复杂的齿轮箱传调速范围宽、启动和停车反应快速等优点[5]。电机直接驱动是当前超高速机床行业的发展趋势[6]。

降低介质在油腔的湍流效应。出油位置在轴承与轴颈间隙的端面处，间隙厚度为微米级可以造成很大的出油液阻，使动静压轴承的油腔内可以保持较大的油膜压力。其结构如图 3.1 所示，其实体模型如图 3.2 所示，具体结构参数如表 3.1 所示进油口轴瓦浅腔深腔轴颈 图 3.1 深浅腔动静压轴承结构图 图 3.2 深浅腔动静压轴承实体模型

如图3.3 所示，因油膜的厚度为微米级，所以在建模时应首先将 Solidworks 的默认尺寸单位毫米更改为微米，以提高其几何精度，避免后续导入网格划分软件时因三维几何体尺寸精度不够而造成几何特征丢失。
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本文编号：2871607