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機床靜壓主軸的設計分析
日期：2025-11-15 00:12
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摘要：
機床靜壓主軸基于機械切削方法加工微結構和微零件,由于其加工效率高、成本低及加工材料范圍廣泛等特點,越來越引起人們的重視。面向微結構和微零件的超精密加工機床,要求其主軸部件具有極高的回轉精度。空氣靜壓主軸憑借其高精度、高速度及低摩擦等特點,在超精密加工機床領域得到了廣泛的應用。由于用可壓縮氣體作潤滑劑,空氣靜壓主軸具有剛度低、承載力小及穩定性差等缺點,限制了其應用范圍的進一步擴大。因此有必要對空氣靜壓主軸的靜態性能及動態穩定性進行深入的研究。
2.求解穩態雷諾方程數值解,通過有限差分法,將非線性雷諾方程離散為求解域內的一系列線性方程組,運用松弛迭代法,獲得氣膜內的壓力分布解。
3.以氣膜內壓力解為基礎,通過Simpson積分,求解不同工況下的承載力。再次利用差分法,獲得不同工況下的氣膜剛度。
4.分析空氣靜壓主軸的運動穩定性,從空氣靜壓主軸-軸承系統的阻尼特性入手,分析主軸發生渦動失穩時的臨界轉速的影響因素。通過有限元分析方法,對空氣靜壓主軸-軸承系統的模態特性進行計算分析,將高壓氣膜等效為柔性彈簧單元,終得出主軸-軸承系統的各階振型。結合渦動穩定性的分析,給出主軸-軸承系統的臨界穩定轉速。
1.設計空氣靜壓主軸部件,確定主軸部件的結構形式、空氣軸承氣膜間隙、氣體節流方式、節流器參數及供氣壓力。通過工程計算,給出了空氣靜壓主軸的承載力、靜態剛度及耗氣量等性能參數。
2.求解穩態雷諾方程數值解,通過有限差分法,將非線性雷諾方程離散為求解域內的一系列線性方程組,運用松弛迭代法,獲得氣膜內的壓力分布解。
3.以氣膜內壓力解為基礎,通過Simpson積分,求解不同工況下的承載力。再次利用差分法,獲得不同工況下的氣膜剛度。
4.分析空氣靜壓主軸的運動穩定性,從空氣靜壓主軸-軸承系統的阻尼特性入手,分析主軸發生渦動失穩時的臨界轉速的影響因素。通過有限元分析方法,對空氣靜壓主軸-軸承系統的模態特性進行計算分析,將高壓氣膜等效為柔性彈簧單元,終得出主軸-軸承系統的各階振型。結合渦動穩定性的分析,給出主軸-軸承系統的臨界穩定轉速。