多孔質(zhì)氣浮主軸設(shè)計及其穩(wěn)定性分析.pdf

1、氣體靜壓主軸是超精密加工機床中不可或缺的零部件，它具有精度高，無磨損、壽命長等優(yōu)點。但是，通常的氣體靜壓主軸承載小，剛度低，穩(wěn)定性較差的缺點使得其應(yīng)用受到限制。因此，本文采用相比于其它節(jié)流方式具有較大承載與剛度多孔質(zhì)節(jié)流靜壓軸承。由于氣體的可壓縮性使得氣體靜壓主軸的穩(wěn)定性較差，而目前對氣體靜壓主軸的穩(wěn)定性研究主要是針對小孔節(jié)流的靜壓止推軸承進行的，而在多孔質(zhì)靜壓主軸的穩(wěn)定性方面的研究較少。因此，本文主要通過流體計算軟件FLUENT以及

2、ANSYS對多孔質(zhì)靜壓主軸進行穩(wěn)定性研究，分析供氣壓力、軸承參數(shù)等因素對其靜態(tài)以及動態(tài)穩(wěn)定性的影響,并通過實驗驗證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　本文首先通過流體分析軟件FLUENT得到氣體徑向軸承的流動規(guī)律，得到了徑向軸承的壓力分布，分析了在穩(wěn)態(tài)下多孔質(zhì)介質(zhì)滲透率、供氣壓力等因素對靜壓軸承的承載與剛度的影響規(guī)律。
　　靜壓軸承的穩(wěn)定性是主軸能夠穩(wěn)定、可靠工作的前提。因此，本文在研究穩(wěn)態(tài)下的靜態(tài)特性的前提下，應(yīng)用FLUENT軟件對多

3、孔質(zhì)靜壓徑向軸承靜態(tài)穩(wěn)定性，即氣錘振動進行研究分析，通過攝動法求解出了動態(tài)雷諾方程，得到了氣錘振動的穩(wěn)定性判斷式，分析了滲透率、氣膜厚度以及供氣壓力等因素對氣錘振動的影響，闡述了靜壓軸承的氣錘振動機理，并通過實驗求解出氣錘振動產(chǎn)生的條件及振動的頻率，提出了減少氣錘振動的相關(guān)措施。
　　主軸的是高速旋轉(zhuǎn)的零部件，這就要求分析靜壓主軸的動態(tài)穩(wěn)定性，而動態(tài)穩(wěn)定表現(xiàn)為主軸的渦動。因此，本文進一步分析了滲透率、供氣壓力等因素對主軸渦動軌跡的

4、影響，并采用FLUENT分析得到了主軸的動態(tài)剛度。應(yīng)用ANSYS對主軸的進行模態(tài)分析，得到了主軸的固有頻率與振型。為了得到主軸在激勵下的響應(yīng)，對靜壓主軸進行諧響應(yīng)分析。提出了提高主軸動態(tài)穩(wěn)定的相關(guān)措施。
　　為了驗證應(yīng)用FLUENT分析靜壓主軸的動態(tài)穩(wěn)定性的準(zhǔn)確性，本文利用Lion Precision回轉(zhuǎn)誤差測試儀實驗測試了主軸的渦動軌跡。并分析轉(zhuǎn)速與供氣壓力對靜壓主軸渦動軌跡的影響，驗證了第四章中渦動軌跡的仿真分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。