基于PM流量控制器的磨床主轴静压轴承的研究

发布时间：2017-09-24 03:49

  本文关键词：基于PM流量控制器的磨床主轴静压轴承的研究

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【摘要】：作为主轴系统中起支承作用的关键零部件,液体静压轴承在高效精密机床上的应用越来越广泛。节流器是液体静压轴承的重要压力补偿元件,使静压轴承具有一定的承载能力并能适应载荷的变化。PM流量控制器是一种供油预压预调节型的单面薄膜节流器;流过PM流量控制器的流量随着油腔压力的升高而增加,从而适应了外负载的变化,使得轴承支承间隙的油膜厚度近乎维持不变,具有了很大的油膜刚度。正是由于PM流量控制器这种独特的流量压力特性,使用PM流量控制器能获得大约4倍于毛细管节流器的油膜刚度。本文将PM流量控制器用于静压轴承,分析了基于PM流量控制器的液静压轴承静动态性能,为静压轴承的实际设计提供了理论参考。本文的主要研究内容有:(1)对PM流量控制器薄膜变形的机理进行了探究,得到薄膜变形与油腔压力的关系式;接着将PM流量控制器用于无周向回油槽四腔向心静压轴承,并进行了基于PM流量控制器的液静压轴承理论研究,导出了轴承静态特性——油膜刚度和承载力的计算式;最后数值分析了轴承7个设计参数对其静态特性的影响,为基于PM流量控制器的液静压轴承设计提供了参考。(2)分析了基于PM流量控制器的液静压主轴静刚度,以及传动力方向、工作端悬伸长度、前后轴承支撑跨距、供油压力和比流量对主轴静刚度的影响;提出了改善主轴静刚度的措施。(3)为了研究基于PM流量控制器的液静压轴承动态特性,由流量平衡方程和主轴运动微分方程联立建立静压轴承系统运动状态方程组,并将方程组线性化,再由Laplace变换得到线性化下液体静压支承系统的传递函数。接着,对静压轴承系统分别施加阶跃载荷和正弦载荷,利用Matlab Simulink在时域和频域内分别研究静压轴承系统的动态特性。(4)对静压轴承温升和主轴转速之间的关系进行了实验研究,得到轴承温升随着主轴转速的升高而增加的结论。
【关键词】：液体静压轴承 PM流量控制器 静态特性 动态特性 主轴静刚度
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG580.23
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 符号物理含义表11-16
• 第1章 绪论16-22
• 1.1 课题研究的背景和意义16-17
• 1.2 液体静压轴承的国内外研究现状17-20
• 1.2.1 液体静压技术的研究现状17-18
• 1.2.2 节流器的研究18-19
• 1.2.3 液体静压轴承静动特性的研究19-20
• 1.3 课题来源与研究内容20-22
• 1.3.1 课题来源20
• 1.3.2 本文的主要研究内容20-22
• 第2章 液体静压轴承的性能计算基础22-33
• 2.1 引言22
• 2.2 静压轴承的补偿元件22-26
• 2.2.1 无补偿元件条件下油垫和油泵直接相连的支承22-23
• 2.2.2 补偿元件的作用及种类23-25
• 2.2.3 液体静压轴承中常见的节流器25-26
• 2.3 PM流量控制器简介26-29
• 2.4 液体静压支承的性能计算方法29-32
• 2.4.1 平面油腔单元的承载能力和油膜刚度29-30
• 2.4.2 对称布置的多垫支承的总刚度30-31
• 2.4.3 圆柱面静压向心轴承的油膜刚度和承载力计算原则31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 基于PM流量控制器的液静压轴承性能分析33-55
• 3.1 薄膜变形的机理探究33-39
• 3.1.1 空间问题的基本方程33-34
• 3.1.2 薄板的小挠度弯曲理论34-36
• 3.1.3 圆形薄板弯曲问题的求解36-39
• 3.2 基于PM流量控制器的液静压轴承基本理论研究39-43
• 3.2.1 薄膜与圆台间隙hc的确定39-40
• 3.2.2 基于PM流量控制器的静压轴承油膜刚度和承载力计算40-42
• 3.2.3 薄膜厚度和变形系数的计算42-43
• 3.3 轴承流量、功耗和温升的计算43-45
• 3.3.1 流量的计算43
• 3.3.2 功耗的计算43-44
• 3.3.3 温升的计算44-45
• 3.4 液静压轴承设计参数对轴承静态特性的影响45-54
• 3.4.1 轴流封油边系数对轴承静态特性的影响47-48
• 3.4.2 周流封油边系数对轴承静态特性的影响48
• 3.4.3 润滑油动力粘度对轴承静态特性的影响48-50
• 3.4.4 初始油膜间隙对轴承静态特性的影响50-51
• 3.4.5 液阻比对轴承静态特性的影响51
• 3.4.6 供油压力对轴承静态特性的影响51-52
• 3.4.7 比流量对轴承静态特性的影响52-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第4章 PM流量控制器静压主轴的静刚度55-65
• 4.1 磨削力的计算55-57
• 4.2 主轴受力分析57-59
• 4.3 主轴的系统刚性59-62
• 4.4 影响主轴静刚度的因素62-63
• 4.4.1 传动力方向对主轴静刚度的影响62
• 4.4.2 工作端悬伸长度和支撑跨距对主轴静刚度的影响62-63
• 4.4.3 供油压力及比流量对主轴静刚度的影响63
• 4.5 本章小结63-65
• 第5章 基于PM流量控制器的静压轴承动态特性研究65-80
• 5.1 概述65-68
• 5.1.1 动态特性65-66
• 5.1.2 载荷分类66
• 5.1.3 在阶跃载荷作用下的过渡过程66-68
• 5.1.4 在正弦载荷作用下的动态性能68
• 5.2 静压轴承系统运动状态方程组的建立68-70
• 5.3 线性化下液体静压支承系统的传递函数70-74
• 5.4 静压轴承系统动态性能的时域分析74-77
• 5.4.1 敏感油路体积对静压轴承过渡过程的影响74-75
• 5.4.2 供油压力对静压轴承过渡过程的影响75-76
• 5.4.3 比流量对静压轴承过渡过程的影响76
• 5.4.4 初始油膜间隙对静压轴承过渡过程的影响76-77
• 5.5 静压轴承系统动态性能的频域分析77-79
• 5.5.1 供油压力对静压轴承系统频率特性的影响77-78
• 5.5.2 比流量对静压轴承系统频率特性的影响78-79
• 5.6 本章小结79-80
• 第6章 液体静压轴承温升测量80-82
• 6.1 静压轴承温升测量实验研究80-81
• 6.1.1 实验目的80
• 6.1.2 实验原理和方案80-81
• 6.1.3 实验结果分析81
• 6.2 本章小结81-82
• 结论与展望82-85
• 1 结论82-83
• 2 展望83-85
• 参考文献85-89
• 附录A (攻读学位期间参与的研究课题)89-90
• 致谢90

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本文编号：909206