本文關鍵詞：小型動靜壓振動主軸的設計與實驗研究

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【摘要】：隨著科學技術和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展,在產(chǎn)品的開發(fā)中,各種新型材料和加工方法的使用越來越廣泛,振動切削技術在此背景下應運而生。針對振動切削加工設備的現(xiàn)實需求,將激振裝置與機床主軸融合為一體是非常有意義的事情。振動切削機床的主軸受到振動力的作用,使得滾動軸承在外部振動的工況下受到更加突出的交變應力,其壽命會大幅度降低,而且當主軸直徑小于60mm時,為保證切削速度必須提高主軸的轉(zhuǎn)速,這也增加了對軸承的消耗;傳統(tǒng)的液壓激振裝置受到伺服閥頻寬限制,很難達到較高的頻率。因此,研究一種適應并能夠高頻振動的高轉(zhuǎn)速主軸,并應用于振動切削中,具有非常重要的研究價值。本文設計一種小型動靜壓振動主軸,其采用具有螺旋型油腔結構的動靜壓軸承為支撐,并采用雙自由度閥(2D激振閥)作為動靜壓主軸振動的控制元件,提高了液壓振動裝置的激振頻率,利用2D激振閥控制油液交替進出液壓執(zhí)行機構(小型動靜壓主軸),從而驅(qū)動主軸作軸向往復運動。論文的主要工作和成果如下:(1)小型動靜壓振動主軸的研制。介紹振動主軸的結構和工作原理,詳細闡述了2D激振閥和動靜壓主軸的結構組成和工作原理。然后著重介紹了動靜壓軸承的結構設計,包括動靜壓軸承的設計計算,主軸材料的選用,以及主軸電機的選用。(2)小型動靜壓振動主軸數(shù)學模型的建立。在經(jīng)典液壓方程基礎上,建立主軸激振數(shù)學模型;基于經(jīng)典靜壓、動壓軸承理論,建立了該動靜壓軸承的油膜壓力方程以及承載力方程。(3)動靜壓軸承的有限元仿真分析。采用ANSYS Workbench中的Fluent模塊對動靜壓軸承的油膜進行仿真計算,分析仿真參數(shù)變化對油膜的壓力分布及承載力大小的影響。(4)小型動靜壓振動主軸的實驗研究。搭建實驗平臺,采集激振頻率20Hz-800Hz之間,振動腔的壓力、主軸振動位移、主軸振動的加速度、泄漏流量和主軸旋轉(zhuǎn)徑向位移,并對其進行分析;然后測試不同主軸旋轉(zhuǎn)速度、動靜壓軸承供油壓力對主軸徑向位移的影響,分析主軸的回轉(zhuǎn)精度。
【關鍵詞】：振動主軸 動靜壓軸承 2D激振閥 油膜仿真
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG502.3
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 振動切削的概述11-16
• 1.2.1 振動切削分類11-12
• 1.2.2 振動切削裝置12-16
• 1.3 動靜壓軸承發(fā)展與研究現(xiàn)狀16-20
• 1.3.1 國外動靜壓軸承發(fā)展與研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.2 國內(nèi)動靜壓軸承發(fā)展與研究現(xiàn)狀18-20
• 1.4 選題的意義及研究內(nèi)容20-22
• 1.4.1 課題的研究意義20-21
• 1.4.2 課題主要研究內(nèi)容21-22
• 第2章 小型動靜壓振動主軸的研制22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 工作原理22-25
• 2.3 2D激振閥的結構原理25-27
• 2.4 動靜壓軸承設計27-30
• 2.4.1 動靜壓軸承的油腔設計27-28
• 2.4.2 動靜壓軸承結構設計28-30
• 2.5 材料的選用30-31
• 2.6 主軸油的選用31
• 2.7 主軸電機選用31-33
• 2.8 本章小結33-34
• 第3章 小型動靜壓振動主軸數(shù)學建模34-45
• 3.1 引言34
• 3.2 主軸激振數(shù)學模型建立34-39
• 3.2.1 2D激振閥閥口通流面積計算35-36
• 3.2.2 特性支配方程36-39
• 3.3 動靜壓軸承的數(shù)學模型39-44
• 3.3.1 油膜厚度方程39-40
• 3.3.2 雷諾方程及其無量綱差分形式40-41
• 3.3.3 雷諾方程的離散化41-43
• 3.3.4 承載力方程43-44
• 3.4 本章小結44-45
• 第4章 小型動靜壓振動主軸軸承有限元仿真45-54
• 4.1 引言45
• 4.2 動靜壓軸承油膜仿真分析45-50
• 4.2.1 ANSYS Workbench仿真平臺概述46-47
• 4.2.2 油膜模型建立47-48
• 4.2.3 網(wǎng)格劃分48-49
• 4.2.4 邊界條件設定及求解設置49-50
• 4.3 仿真結果分析50-53
• 4.3.1 主軸轉(zhuǎn)速對油膜壓力和承載力的影響50-51
• 4.3.2 偏心率對油膜壓力和承載力的影響51-52
• 4.3.3 軸承供油壓力對油膜壓力和承載力的影響52-53
• 4.4 本章小結53-54
• 第5章 小型動靜壓振動主軸實驗研究54-70
• 5.1 引言54
• 5.2 實驗系統(tǒng)54-56
• 5.3 測試系統(tǒng)的搭建56-57
• 5.4 小型動靜壓振動主軸實驗研究57-66
• 5.4.1 振動腔的壓力特性研究57-60
• 5.4.2 主軸振動位移幅頻特性研究60-61
• 5.4.3 主軸振動加速度特性研究61-66
• 5.4.4 主軸泄漏分析66
• 5.5 主軸動態(tài)徑向跳動量測試66-68
• 5.5.1 主軸轉(zhuǎn)速對徑向跳動的影響67-68
• 5.5.2 供油壓力對徑向跳動的影響68
• 5.6 本章小結68-70
• 第6章 結論與展望70-73
• 6.1 結論70-71
• 6.2 展望71-73
• 參考文獻73-76
• 致謝76-77
• 攻讀學位期間的科研成果77

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本文編號：1094035