基于水基润滑剂的高速动静压陶瓷滑动轴承试验研究

摘要

随着科学技术和机床加工技术的不断进步发展,航天、汽车、精密制造等行业对于机械零部件的要求也越来越高,并慢慢朝着高效率、高精度和高表面质量方向发展。高速高精度机床是现阶段机床制造加工业的一个发展趋势。对于高速高精度机床而言,其主轴系统的高回转精度、高刚度和低温升性能是其优良加工性能的保障。因此,对于高速高精度机床及其主轴系统的开发研究,对提高我国制造业和制造装备的水平有着重要意义。
　　本文针对实验室自主设计和制造的动静压滑动轴承主轴系统,进行了相关理论方面的仿真研究和实验验证研究。并比较了在不同的润滑液润滑下,其对于同一主轴系统的不同性能的影响。
　　仿真分析方面,本文采用FLUENT、ICEM软件对主轴前径向轴承的流场模型进行建模。在仿真过程中,同时考虑了不同的转速、供油压力、粘-温效应及气穴模型对轴承运行性能的影响,进行了详细的分析。绘制了轴承流场的动压效应形成过程图,并通过设定不同参数得出主轴的承载力变化曲线和温升曲线图,得出轴承的承载力、温升与各参数之间的关系。
　　实验测试方面,本文主要完成了以下三方面性能测试:(1)系统比较了几种回转误差测量方法和误差分离方法的优缺点,选取单点双向法实验平台的实验方法。对实验主轴的回转误差进行了测量,得到其回转径向误差为3.80μm,回转轴向误差为0.44μm;(2)通过比较几种刚度测量的加载装置,选取了最简单有效的杆杠加载方式,通过重物和杆杠的传递关系给主轴进行加载。测量了主轴系统在不同参数下的静刚度,得出其在2MPa供油压力作用下,主轴变形较小时的刚度为80N/μm左右。而且,提出了提高主轴刚度的措施;(3)利用温度采集系统和温度传感器,对主轴在轴承油和水基润滑剂润滑下的温升分别进行了测量。比较了主轴系统在不同的供油压力、转速下的温升情况,同时提出了几个降低温升的措施。
　　本文的研究内容和研究成果,不仅能够给动静压的主轴设计、制造及装配提供参考,并且可为主轴系统的回转误差测量、刚度和温升测量提供依据。

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第一章 绪论

1.1课题来源及研究的目的和意义

1.2流体润滑理论和水润滑主轴的发展

1.3主轴回转精度、刚度和温升的国内外研究现状

1.4论文研究的主要内容

第二章 计算流体力学基础与流体仿真分析

2.1计算流体力学基本方程与FLUENT介绍

2.2动静压轴承流场模型前处理

2.3流场仿真结果分析

2.4本章小结

第三章 动静压轴承主轴回转精度测试实验

3.1回转误差的定义和基本问题

3.2回转误差的测量与误差分离

3.3实验平台的设计

3.4实验数据测量和结果分析

3.5本章小结

第四章动静压轴承主轴刚度测试实验

4.1主轴刚度的概述

4.2主轴的刚度测试仪器方案介绍

4.3实验数据的测量与分析

4.4提高主轴刚度的措施

4.5本章小结

第五章 动静压轴承温升测试实验

5.1主轴温升概述及对加工影响

5.2温升实验仪器介绍

5.3实验数据的测量

5.4实验数据分析

5.5降低温升措施

5.6本章小结

第六章 结论与展望

6.1主要结论

6.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢