多孔質(zhì)空氣靜壓軸承及其在電主軸上的應用研究.pdf

1、伴隨著電子產(chǎn)品需求的高速發(fā)展，為了滿足 PCB板高精度、高集成、高效率化的要求，由空氣靜壓軸承作為支承的電主軸被廣泛用于電路板等加工行業(yè)。電主軸對不同材料加工所需的切削力差異很大，在保證零件加工精度的情況下，這就要求主軸系統(tǒng)具有良好的承載力、剛度和穩(wěn)定特性。而空氣靜壓軸承作為電主軸的核心元件，其靜動態(tài)性能對整個電主軸系統(tǒng)的靜動態(tài)性能至關(guān)重要。
　　本文通過研究多孔質(zhì)空氣靜壓軸承的靜動態(tài)性能，并優(yōu)化設(shè)計出合理結(jié)構(gòu)參數(shù)的空氣軸承，將其

2、應用于電主軸，然后對多孔質(zhì)空氣靜壓電主軸進行靜動態(tài)性能分析。本文的研究內(nèi)容主要有以下幾個方面：
　　1、簡述了多孔質(zhì)空氣靜壓軸承的工作原理，然后通過流體潤滑理論基礎(chǔ)，分析了氣體在多孔質(zhì)空氣靜壓軸承內(nèi)的運動情況，對多孔質(zhì)空氣靜壓止推軸承模型和徑向軸承模型分別進行了理論計算，得出了多孔質(zhì)空氣靜壓軸承氣膜承載力及剛度的表達式。
　　2、在理論分析的基礎(chǔ)上，利用有限元分析軟件（FLUENT）對多孔質(zhì)空氣靜壓軸承進行三維流體分析，得出

3、了其氣膜壓力分布云圖。通過改變軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)和供氣壓力的情況下，得出了它們與氣膜承載力及剛度之間變化規(guī)律。根據(jù)電主軸承載力、剛度等因素，綜合優(yōu)選出合理的多孔質(zhì)空氣靜壓軸承參數(shù)。
　　3、分析了空氣軸承的動壓效應，并得出其動壓狀態(tài)下的氣膜承載力的表達式，然后通過數(shù)值仿真的方法分析了多孔質(zhì)空氣靜壓徑向軸承在不同偏心率和轉(zhuǎn)速條件下的動態(tài)特性，得出了多孔質(zhì)空氣靜壓軸承處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時，軸承的轉(zhuǎn)速、偏心率與其氣膜動承載力和動剛度之間的影響規(guī)律

4、；并且比較了不同節(jié)流形式的空氣靜壓軸承的動剛度，得出了多孔質(zhì)空氣靜壓軸承具有更好的動態(tài)剛度。
　　4、將多孔質(zhì)空氣靜壓軸承應用于電主軸，基于 Workbench平臺對多孔質(zhì)空氣靜壓電主軸進行靜動態(tài)性能分析。采用了流固耦合的方法對多孔質(zhì)空氣靜壓電主軸系統(tǒng)進行靜態(tài)性能分析，得到了不同外載荷（軸向或徑向）對主軸前端位移和剛度的影響規(guī)律；比較了不同節(jié)流形式空氣靜壓軸承支承下電主軸的靜態(tài)性能，結(jié)果表明多孔質(zhì)空氣靜壓軸承支承下的電主軸具有更明

5、顯的靜態(tài)性能，更適合于對承載力和剛度要求較高的加工場合。然后對多孔質(zhì)空氣靜壓電主軸系統(tǒng)進行了模態(tài)分析，得到了主軸系統(tǒng)的振型和固有頻率，并基于此基礎(chǔ)之上計算了主軸系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速以及對電主軸系統(tǒng)渦動失穩(wěn)現(xiàn)象進行了研究，得到電主軸系統(tǒng)渦動失穩(wěn)的初始轉(zhuǎn)速只與軸承偏心率及系統(tǒng)的一階臨界轉(zhuǎn)速有關(guān)。通過對不同結(jié)構(gòu)支承下電主軸系統(tǒng)的渦動失穩(wěn)情況，得出了多孔質(zhì)空氣靜壓電主軸發(fā)生渦動失穩(wěn)的臨界轉(zhuǎn)速更高，具有更好的動態(tài)穩(wěn)定性。最后分析了主軸系統(tǒng)在外部激勵作用