高刚度动静压轴承及其主轴系统性能分析

摘要

作为现代数控机床支撑的主要功能部件，动静压轴承主轴性能的优劣对机床的加工质量有着十分重要的影响。近年来，随着数控加工机床朝着高速、高效、高精度方向的发展，液体动静压轴承作为主轴的支撑零件，其设计制造也面临着重大的挑战。本文结合课题要求，对液体动静压轴承及主轴进行了深入的研究：
　　(1)围绕恒定心动静压轴承为设计核心，利用流体仿真软件 Fluent对四静压腔结构的动静压轴承进行计算。分析在不同结构参数和工作参数的情况下，轴承的性能变化趋势。最终找到满足符合项目要求的动静压轴承。
　　(2)基于变间隙轴承的思想，给出了径向变间隙轴承和轴向变间隙轴承的结构形式。并利用CFD法计算探究了径向变间隙轴承和轴向变间隙轴承随间隙变化时，其性能的变化规律。并得出径向变间隙轴承的性能比轴向变间隙轴承的性能优越，同时也好于半径间隙不发生变化的轴承的结论。并从主轴受力分析的角度对轴承刚度变化规律进行了解释。
　　(3)利用有限元分析软件 ANSYS对不同动静压轴承支承下的高效精密磨床主轴系统进行了静态性能和动态性能分析。通过静态性能分析，得到了不同支承下主轴系统的变形和应力情况。并计算出包括砂轮变形在内的主轴系统的静刚度大小。通过动态性能分析，计算并对比了不同轴承支撑下，主轴系统的前八阶固有频率和模态变化。同时，给出了不同支承情况下，主轴系统的动刚度的大小。计算表明，增大支承主轴的轴承刚度可有效的增大主轴系统的动刚度。
　　(4)测量了不同转速下液体动静压主轴系统的温升变化。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2液体动静压轴承的历史及发展

1.3液体动静压轴承刚度的影响因素综述

1.4 主轴系统动态特性研究现状

1.5 本文的主要研究方法及基本原理

1. 6 课题来源及研究内容

第2章 高刚度动静压轴承的研究

2.1 引言

2.2 普通四静压腔动静压轴承的结构及CFD法基本方程简介

2.3 轴承各参数确定的先后顺序分析

2.4 轴承的不同设计参数对其静态性能的影响

2.5 无油腔小孔式动静压轴承性能分析

2.6 本章小结

第3章 变间隙高刚度液体动静压轴承性能研究

3.1 引言

3.2 变间隙轴承的结构介绍

3.3 变间隙轴承的CFD模型

3.4 小间隙包角对径向变间隙轴承性能的影响研究

3.5 间隙大小对径向变间隙轴承性能的影响研究

3.6 小间隙长度对轴向变间隙轴承性能的影响研究

3.7 本章小结

第4章 两种轴承对主轴动静特性影响

4.1 引言

4.2 建立主轴系统的有限元模型

4.3 磨削力的计算

4.4 主轴静态特性对比

4.5主轴动态特性对比

4.6 本章总结

第5章 磨床主轴系统温升测量

5.1实验目的和实验内容

5.2实验原理和方案

5.3实验仪器和实验步骤

5.4实验结果分析

5.5本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢