基于铣床高速电主轴的径向止推联合气体轴承数值仿真与试验研究

发布时间：2017-09-26 12:31

  本文关键词：基于铣床高速电主轴的径向止推联合气体轴承数值仿真与试验研究

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【摘要】：当前数控铣床高速电主轴广泛采用滚动轴承和滑动轴承,滚动轴承由于磨损严重影响寿命,滑动轴承由于润滑液的摩擦产生大量热和泄漏问题,应用存在很大局限性。气体轴承具有转速高、稳定性好、精度高、寿命长等优点,目前已成为高速电主轴主要支承方式。论文以铣床用高速电主轴的径向止推联合气体轴承为研究对象,采用理论分析,数值模拟及试验验证相结合的方法对其流场压力分布、速度分布以及承载力、刚度等特性进行研究分析,获得其影响因素及分布规律。结合动压、静压轴承设计理论,对轴承的结构参数进行设计。针对高速电主轴转子与径向止推联合气体轴承之间流场结构,建立三维联合轴承数值仿真模型。采用分区、结构与非结构网格相结合的方法对模型进行网格划分,并通过网格相关性对模型进行评估,获得适合的网格划分原则。在不同工况条件下,运用CFD方法对径向止推联合气体轴承的流场特性进行数值模拟,获得压力分布、速度分布以及承载力、刚度的变化规律,并与单独径向气体轴承流场特性进行对比分析。分析结果显示:两种模型具有不同的流场分布特性,高速下径向止推联合气体轴承动压效应虽然更显著,但由于受止推面流场影响,其承载力低于单独的径向轴承;在高转速、大负载条件下联合轴承刚度优于单独径向气体轴承。在电主轴转子空载及切削条件下对轴承及电主轴特性进行测试。采用单双边加载方式对不同偏心率下轴承负载能力进行测试,并且与仿真结果进行对比分析;通过自编的LABVIEW软件程序对不同转速、供气压力下转子的振幅进行采集,分析转子的稳定性及变化规律。
【关键词】：高速电主轴 径向止推联合气体轴承 承载力 刚度
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG547
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 论文研究背景及意义10-11
• 1.2 高速电主轴技术概述11-14
• 1.2.1 高速电主轴特点11-12
• 1.2.2 国内外高速电主轴技术发展及现状12-14
• 1.3 国内外气体轴承的研究现状14-17
• 1.3.1 静压气体轴承的研究现状14-15
• 1.3.2 动压气体轴承的研究现状15-16
• 1.3.3 动静压混合气体轴承的研究现状16-17
• 1.4 论文主要研究内容17-19
• 第2章 径向止推联合气体轴承数学模型的建立19-34
• 2.1 径向止推联合气体轴承物理模型19-20
• 2.2 气体轴承结构设计及性能分析20-28
• 2.2.1 气体轴承的基本方程及设计理论20-26
• 2.2.2 静压径向气体轴承的性能计算26-27
• 2.2.3 动压径向气体轴承的性能计算27-28
• 2.3 数值仿真模型的建立28-31
• 2.3.1 模型的建立及网格划分28-30
• 2.3.2 网格相关性分析30-31
• 2.4 理论与仿真结果对比分析31-33
• 2.4.1 静压气体轴承理论设计与仿真结果对比分析31-32
• 2.4.2 动压气体轴承理论设计与仿真结果对比分析32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 径向止推联合气体轴承的数值仿真34-51
• 3.1 径向止推联合气体轴承和单独径向气体轴承承载力分析34-47
• 3.1.1 径向止推联合气体轴承径向承载力特性分析34-37
• 3.1.2 径向止推联合气体轴承和单独径向气体轴承承载力对比分析37-40
• 3.1.3 径向止推联合气体轴承和单独径向气体轴承分区对比分析40-43
• 3.1.4 径向止推联合气体轴承动压润滑的承载力仿真分析43-44
• 3.1.5 径向止推联合气体轴承动静压混合、静压和动压润滑承载力关系44-47
• 3.2 径向止推联合气体轴承刚度特性分析47-50
• 3.2.1 径向止推联合气体轴承刚度变化规律47-49
• 3.2.2 径向止推联合气体轴承和单独径向气体轴承刚度对比分析49-50
• 3.3 本章小结50-51
• 第4章 高速电主轴特性试验51-65
• 4.1 试验原理和装置51-54
• 4.2 高速电主轴承载力测试54-59
• 4.2.1 加载方案设计54-55
• 4.2.2 单边承载测试受力分析55-56
• 4.2.3 单边承载试验结果与误差分析56-57
• 4.2.4 双边承载测试受力分析57-58
• 4.2.5 双承载试验结果与误差分析58-59
• 4.3 高速电主轴系统稳定性测试59-64
• 4.3.1 系统稳定性测试步骤59
• 4.3.2 不同供气压力下转子稳定性59-60
• 4.3.3 不同供气压力、不同转速下转子的稳定性60-63
• 4.3.4 不同供气压力下铣削加工稳定性63
• 4.3.5 电主轴起停稳定性63-64
• 4.4 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-70
• 致谢70

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本文编号：923543