空氣靜壓電主軸的流固耦合數(shù)值分析與實驗研究.pdf

1、空氣靜壓電主軸結合高速電主軸和氣體軸承的特點，以其精度高、轉速高、磨損小、清潔度高和運行平穩(wěn)等優(yōu)點，在精密和超精密數(shù)控加工機床中獲得廣泛應用。隨著氣體軸承理論研究和應用的發(fā)展，單純研究氣體軸承特性已經無法滿足實際設計需求，應該充分考慮氣體軸承和轉子之間的相互耦合作用，尤其是轉子運動對氣體軸承-轉子系統(tǒng)的影響。
　　本文以空氣靜壓電主軸為研究對象，對氣體軸承-轉子系統(tǒng)的流固耦合作用、轉子不同傾斜狀態(tài)對徑向氣體軸承承載力和剛度的影響進

2、行研究，同時對電主軸進行動、靜態(tài)加載實驗，測試電主軸的動靜態(tài)性能。通過建立氣體軸承-轉子系統(tǒng)的仿真模型，運用數(shù)值分析方法進行雙向流固耦合仿真，分析了徑向、軸向加載下氣體軸承-轉子系統(tǒng)的承載特性。研究結果表明，流固耦合過程中轉子位移、軸承氣膜壓力和承載力都是動態(tài)變化過程;系統(tǒng)穩(wěn)定平衡后，轉子呈現(xiàn)傾斜狀態(tài)，氣膜厚度和壓力分布不均勻;供氣壓力一定時，轉子轉速增高使轉子徑向位移有增大趨勢，提高供氣壓力轉子徑向位移減小，可降低轉子與徑向軸承的碰撞

3、幾率。建立轉子傾斜狀態(tài)下徑向氣體軸承仿真模型，運用CFD方法對其進行流場仿真，分析了徑向氣體軸承在不同轉子傾斜角、轉速、氣膜偏心率狀態(tài)下，承載力和剛度的變化規(guī)律。研究結果表明，轉子靜止時大偏心率下的氣膜承載力隨傾斜角增大而減小;轉子不同轉速下氣膜承載力隨著傾斜角增大而增大，體現(xiàn)了動壓效應對不均勻膜厚的影響;轉子不同轉速下氣膜剛度隨傾斜角增大而增大。搭建空氣靜壓電主軸性能測試實驗平臺，采用非接觸加載方式對空氣靜壓電主軸進行動、靜態(tài)徑向加載