微孔陣列式空氣靜壓電主軸的動靜態(tài)性能研究.pdf

1、隨著電子消費品向小型化、輕量化、多功能化的要求和趨勢發(fā)展，新一代電子系統(tǒng)對印刷電路板(PCB，Printed Circuit Board)的要求是高密度、高集成、微細化。為了提高生產(chǎn)效率、降低加工成本、保證加工質(zhì)量，PCB微細孔一般采用高速鉆削的加工方法。超高速空氣靜壓電主軸是實現(xiàn)PCB微細孔高速高效鉆削的核心元件，它采用空氣靜壓軸承作為支承元件。印刷電路板是由樹脂及高純度金屬等構(gòu)成的難加工層狀復(fù)合材料，鉆頭在鉆削不同材料時的切削力差異

2、明顯，這要求超高速電主軸具有高剛度、高承載力和良好的穩(wěn)定性，以保證鉆孔的精度。
　　本文以PCB數(shù)控鉆床用高速電主軸為研究對象，在研究空氣軸承穩(wěn)定性和動靜態(tài)性能的基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計出一種新型的微孔陣列式空氣靜壓軸承，將其應(yīng)用于空氣靜壓電主軸并對其動靜態(tài)特性進行了分析，主要研究內(nèi)容包括：⑴在分析靜壓氣體潤滑理論的基礎(chǔ)上，建立氣體潤滑雷諾方程的一般形式，在Workbench環(huán)境中通過FLUENT流體分析軟件分析微孔陣列式空氣靜壓軸承氣膜的

3、壓力場和速度場的分布，通過計算節(jié)流器區(qū)域流場的壓力降和氣旋強度，得到節(jié)流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)對空氣靜壓軸承穩(wěn)定性的影響規(guī)律。⑵對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的微孔陣列式空氣靜壓軸承進行全參數(shù)三維實體建模，分析微孔陣列式節(jié)流器微孔個數(shù)、節(jié)流器微孔直徑、平均半徑間隙以及節(jié)流器軸向位置對空氣靜壓軸承靜態(tài)性能的影響規(guī)律，根據(jù)分析結(jié)果實現(xiàn)微孔陣列式空氣靜壓軸承的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。⑶采用有限元法對不同工作條件下的微孔陣列式空氣靜壓軸承的動態(tài)特性進行數(shù)值仿真分析，對處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)

4、的空氣靜壓軸承，研究偏心率、軸承轉(zhuǎn)速對微孔陣列式空氣靜壓軸承的承載力、剛度和氣膜壓力分布的影響規(guī)律。⑷對電主軸的結(jié)構(gòu)進行了詳細的三維設(shè)計，建立微孔陣列式空氣靜壓電主軸的全參數(shù)三維模型，運用流固耦合方法分析電主軸的靜態(tài)特性，得到主軸系統(tǒng)的位移和剛度隨外載荷的變化規(guī)律。⑸對電主軸進行模態(tài)分析，確定主軸系統(tǒng)的固有頻率和振型，計算主軸的渦動失穩(wěn)臨界轉(zhuǎn)速;分析主軸系統(tǒng)在外部激勵作用下的的動態(tài)響應(yīng)，得到主軸的前端位移隨外部激勵的變化規(guī)律。⑹研究結(jié)果