针对高速精密电主轴的气体静压轴承--_--转子系统的的分析研究.pdf

ResearchonAerostaticBearing—rotorSystemBasedonHighSpeedPrecisionMotorizedSpindlesAthesisSubmittedtoDalianMaritimeUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringbyZhouChao(MechatronicEngineerin酚ThesisSupervisor:AssociateProfessorMaWenqiMay2011大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明:本论文是在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,撰写成硕士学位论文==基王直逵揎蜜皇圭毡的氢签憨压毡丞=蕉壬丕统鲍婴蕉==,除论文中已经注明引用的内容外,对论文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名:1虱趋学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学位论文的规定,即:大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》(中国学术期刊(光盘版)电子杂志社)、《中国学位论文全文数据库》(中国科学技术信息研究所)等数据库中,并以电子出版物形式出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。本学位论文属于:保密口在——年解密后适用本授权书。不保密叼(请在以上方框内打“4”)论文作者签名::}为%1日期:z—f/年‘月;∥日创新点摘要创新点摘要1提出了一种气体静压轴承一转子系统临界转速的有限元计算方案,通过仿真刚度和阻尼在系统通过临界转速时的状态,充分考虑了气膜支承刚度和阻尼随转速非线性变化的特性。2提出了二种新型气体静压球面轴承结构,实现了气体静压球面轴承在高速旋转机械上的应用。中文摘要摘要气体静压电主轴具有转速高、精度高、无污染等优点,在高精数控机床上有广阔的应用前景。目前随着转速的提升,气膜引起的动态非线性因素极大地影响着气体静压轴承一转子系统转速的提升,但是经典转子动力学理论是基于支承是静态线性的观点建立的,这一矛盾导致经典转子动力学理论无法满足气体静压轴承一转子系统的研究需求。本文以气体静压电主轴的主体部分——气体静压轴承一转子系统为研究对象,针对气体静压轴承的流场计算、气体静压轴承一转子系统的理论计算、实验台的设计搭建与验证等方面开展了深入的研究,主要研究内容包括:以气体静压轴承为研究对象,采用基于N—S方程的有限体积法中的层流模型对静压气体轴承的流场进行计算,基于仿真计算的结果,求解得到了轴承的刚度特性参数。针对气膜的动态非线性的特点,基于经典转子动力学理论,提出了气体静压轴承一转子系统临界转速的有限元计算方案。该计算方案通过预估临界转速值,使待解的频率方程中的各项参数尽可能接近实际工况下系统通过临界转速值时反映到频率方程中的各项参数。将该方案应用予气体静压轴承一转子系统实验台,理论和实验结果对比表明,一、二阶临界转速的理论计算值与实验测量值误差在10%以内,所提出的计算方案具有较高的计算精度。基于所提出的计算方案,设计并搭建了气体静压球面轴承一转子系统实验台,将气体静压球面轴承应用到高速旋转机械上。实验结果表明,实验台可以顺利通过二阶临界转速,但临界转速的实验测量值与设计值误差较大,经分析认为造成误差的主要原因是加工精度偏低、轴向因素的影响、设计工况与实际工况间的偏差等。关键词:气体静压轴承一转子系统;刚度;临界转速;oolsbecauseoftheadvantagessuchashighspeed,highprecisionandnon—,withthespeedincreases,thespeedupgradeofoneaerostaticbearing-on—linearfactorscausedbyairfilm,causingtheclassicaltheory,whichisbasedonthestaticlinearsupporting,nottomeetthedevelopmentrequirementsofaerostaticbearing-,themainpartofonemo