超高速磨床動(dòng)靜壓主軸系統(tǒng)建模與仿真分析.pdf

1、超高速磨削可大幅度提高效率，減少砂輪磨損，提高零件加工質(zhì)量，是一項(xiàng)具有強(qiáng)大生命力和廣闊前景的技術(shù)。它正為世界工業(yè)發(fā)達(dá)國家所重視，并已開始進(jìn)入實(shí)用化階段。東北大學(xué)在這個(gè)領(lǐng)域的研究早在上世紀(jì)80年代就已經(jīng)取得了顯著的成績，近年來在蔡光起教授的帶領(lǐng)下，在超高速磨削領(lǐng)域更是向前邁進(jìn)了一大步，很多方面已經(jīng)添補(bǔ)了國內(nèi)、國際的空白。 本文以超高速大功率磨床液體動(dòng)靜壓混合軸承主軸系統(tǒng)的理論為基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)靜壓混合軸承設(shè)計(jì)軟件為目的，作了以下方面

2、的工作： (1)闡述了超高速磨削機(jī)理及其優(yōu)越性，綜述了國內(nèi)外高速磨削及超高速磨削技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀，系統(tǒng)而全面地分析了超高速磨削的相關(guān)技術(shù)，指出了我國與國外尚存的差距。綜述了國內(nèi)外高速、超高速軸承及超高速主軸驅(qū)動(dòng)形式的技術(shù)現(xiàn)狀，論證了液體動(dòng)靜壓混合軸承是適用于超高速大功率工況下經(jīng)濟(jì)而有效的一種軸承。 (2)從分析液體動(dòng)靜壓混合軸承工作原理出發(fā)，給出了求解層流液體動(dòng)靜壓混合軸承的一般理論及依據(jù)方程，為后面深入研究奠定了基礎(chǔ)。

3、 (3)針對(duì)超高速大功率磨削主軸軸承的特殊工作條件，以理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，綜合分析了紊流、流體慣性、流體可壓縮性、油膜溫升、空穴、軸承工作表面粗糙度等對(duì)軸承性能的影響。利用數(shù)值方法，計(jì)算分析了無偏心時(shí)軸頸與軸承夾層內(nèi)粘流的穩(wěn)定性。以HIRS的簡單“紊流大流量”理論和Launder的動(dòng)量平衡方程為基礎(chǔ)，將流體密度和粘度視為軸承內(nèi)部局部壓力和平均溫度的函數(shù)，建立了求解紊流大流量階梯淺腔液體動(dòng)靜壓混合軸承的連續(xù)性方程和動(dòng)量平衡方程。

4、 (4)以紊流大流量階梯淺腔液體動(dòng)靜壓混合軸承為研究對(duì)象，建立了求解該類軸承較全面的數(shù)學(xué)模型。引入了“小擾動(dòng)理論”，建立了階梯淺腔液體動(dòng)靜壓混合軸承的動(dòng)力學(xué)模型。研究了一種紊流大流量階梯淺腔液體動(dòng)靜壓混合軸承的數(shù)值計(jì)算方法。用該數(shù)值方法對(duì)國外實(shí)驗(yàn)采用的同參數(shù)軸承進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，理論值于實(shí)驗(yàn)值能很好地吻合，證明了所建立的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法是正確的。 (5)提出了液體動(dòng)靜壓混合軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇的一種優(yōu)化方法。選擇單位承載量下

5、的總功率損失最小為目標(biāo)函數(shù)，軸承半徑間隙、節(jié)流口直徑和油腔面積與封油面面積之比為設(shè)計(jì)變量，設(shè)計(jì)變量的取值范圍為約束條件，利用復(fù)合形法優(yōu)化設(shè)計(jì)了一種新型超高速大功率液體動(dòng)靜壓混合軸承(SuperhighSpeedandHighPowerHydro-hybridJournalBering簡稱SS-HPHJB)。 (6)理論和實(shí)驗(yàn)研究了油腔數(shù)目及油腔形狀對(duì)液體動(dòng)靜壓混合軸承綜合性能的影響。通過大量理論和實(shí)驗(yàn)曲線，對(duì)比分析了方形腔軸承、