文档介绍：摘要
摘要
高速电主轴是集精密、高速加工性能于一体的先进高速机床的核心部件,是
先进制造技术中的一个主要发展方向。目前,高速机床电主轴轴承包括滚动轴承、
磁力轴承、静压动静压滑动轴承三种基本类型。滑动轴承与滚动轴承比较,具有
阻尼值高、抗振性能好、主轴回转精度高和寿命长的特点,因此很适合作为高速
机床电主轴轴承。且气体润滑轴承在超高速的场合也得到很好的应用。
本文提出研究油气二相润滑的新型动静压滑动轴承。不同于目前正在广泛应
用的油气润滑技术,这里采用的是所谓“亚油气润滑”,即在压缩空气中均匀地加
入一定颗粒大小的油液,变过去的单相动静压轴承为二相流润滑的动静压轴承。
理论分析认为,这种亚油气二相流润滑的动静压轴承与气体轴承比较,能够获得
高的油膜刚性,大大提高轴承的抗过载能力同时又能有效发挥油和气的良好润
滑性能,减小摩擦发热气体的流动性把热量带走,能有效降低轴承工作时的温
升,从而发展出比气体轴承优越的新型轴承,进一步扩展滑动轴承的应用领域。
从油气二相流体的理论出发,分析油气二相流在轴承中的运动状况,流动状
况,建立油气二相流轴承的数学模型。利用通用有限元软件。中的滑动轴承
模块,结合油气动静压润滑问题,对该模块进行二次开发,求得油气动静压轴承
的动态特性。基于油气动静压轴承的承载性能,进行主轴轴系数学建模,建立有
限元分析模型,借助梁单元求解其承载特性,比较动静压轴承与气体静压
轴承的特性,分析油气二相流动静压轴承的优点,以及存在的问题,展望其发展。
为满足主轴在高速运转条件下加载的要求,采用与静态挂重物不同的动态加
载的方式,即通过电磁加载,实现非接触加载方式,突破了传统动态加载的方式。
结合实验室设备一“全支承”结构静压电主轴,进行油气混合状况的试验,探讨
油气混合轴承的承载特性。最后拟合出电主轴的承载能力和动态刚度曲线,并与
理论结果进行比较,分析误差产生的原因。
关键词油气二相流滑动轴承有限元承载能力刚度
广东工业大学工学硕士学位论文
第一章绪论
第一章绪论
,课题背景及意义
高速数控加工技术是实现优质、高效、低耗、柔性加工的一项先进制造技
术,高速数控机床是实现高速加工的先进制造装备,高速加工技术以及数控机
床的高速化已成为机械制造业发展的总趋势。在国外,先进制造及其装备技术
目前己进入应用阶段,特别是在航空航天业、汽车制造业和模具制造业等领域
己得到广泛的应用,并取得重大的技术一经济效益。以高切削速度、高进给速
度、高加工精度为主要特征的高速加工是当代四大先进制造技术之一, 是继数
控技术之后使制造技术产生第二次革命性飞跃的一项高新技术。它不仅具有极
高的生产率,而且可显著地提高零件的加工精度和表面质量。高速精密电主轴
作为高速数控加工机床中的心脏部件,其性能的高低直接影响到高速加工机床
的整体发展水平。
高速数控机床的首要关键技术是高速电主轴,其中高速精密轴承是电主轴
的支承核心。目前,高速机床主轴轴承包括滚动轴承、磁力轴承、静压动静压
滑动轴承三种基本类型。由于陶瓷材料具有密度小,热膨胀系数小,弹性模量
大,刚度高等特点,所以采用陶瓷滚动轴承型的内装电主轴技术在高速锉铣床
和加工中心中得到广泛应用,并取得良好的效果。但是我国目前还没有高性能
的陶瓷滚动轴承产品,在研制高速电主轴时还需依赖进口。磁力轴承高速性能
很好,但由于控制系统复杂,加上价格昂贵,目前还难以推广。滑动轴承与滚
动轴承比较,具有阻尼值高、抗振性能好、主轴回转精度高和寿命长的特点,
因此也很适合作为高速电主轴轴承。瑞士公司就推出了液体静压轴承的
电主轴,美国公司推出了液体动静压轴承的电主轴。我国在滑动轴
承特别是动静压轴承方面有长期的研究和应用基础,这种轴承制造工艺较为简
单,加上其优良的性能,很适合我国的国情,因此正在被广泛推广应用
滑动轴承有气体润滑轴承或液体润滑轴承二大类。气体润滑轴承的摩擦力
很小,适合高速甚至超高速的的工况条件,但气膜刚性低,承载能力差液体
广东工业大学工学硕士学位论义
润滑轴承油膜刚性和承载能力要大得多,但其严重的摩擦发热则极大的限制了
轴承转速的提高。正是由于润滑介质受到上述诸多因素的限制,想再进一步提
高这种单一介质润滑轴承的性能己经非常困难。
本文提出研究一种新型介质油气二相流润滑的新型动静压轴承。油气二相流
体润滑是一种新型的润滑技术,它综合了气体、液体两种流体的特点。油气二相
流体中润滑油与气体牢固地形成油气二相膜,共同起到冷却与润滑的作用,从而
获得较高的油膜刚性和阻尼系数,又能有效发挥油和气的良好润滑性能,减小摩
擦发热,利用气体的流动性把热量带走。