机床主轴的油膜减振支承对机床表面加工粗糙度的影响

机床加工粗糙度是衡量机床加工精度的一个重要指标。本文通过粗糙度切削试验,分析讨论了车床主轴油膜减振支承对其加工粗糙度的影响。在不同的切削参数下,油膜减振支承对表面切削粗糙度有不同的影响。本文还叙述了主轴性能的评价问题。     

复合式油膜阻尼器在机床主轴系统中的应用

计算机模拟计算和试验研究表明,机床滚动支承主轴系统采用复合式油膜阻尼器,可显著提高机床的动态性能。深入研究了油膜阻尼对主轴系统的共振频率及振幅的影响。对于共振频率是油膜阻尼的单调增函数,以及油膜阻尼关于轴端振幅存在最优值等特性进行了理论分析,并得出若干重要结论。     

基于磁流变液的薄壁零件铣削技术研究

针对弱刚度、复杂形状的零件在切削夹紧过程中难夹持、易变形的问题,提出了基于磁流变液（MRF）的变刚度柔性辅助支承方法,以获得理想的加工质量。利用磁流变效应的快速、可逆及可控等特性,通过结构设计和磁路仿真,研制了用于薄壁曲面零件加工的磁流变自适应柔性辅助支承装置;建立了以加工形变最小为目标函数的优化模型,对该装置支承单元的数量和位置分布进行优化设计;搭建了铣削试验平台,通过对铣削信号进行测试分析,验证布局优化和励磁电流对加工质量的影响。结果表明,布局优化后的磁流变辅助支承装置随着电流的增加,可以有效地提高系统刚度,减小切削振动响应,改善加工质量。     

机床主轴支承对主轴系统静、动态特性的影响

本文研究了机床主轴滚动支承的某些重要因素,如前轴承类型、轴承预加负荷、支承数目、主轴二支承结构的支承跨距、主轴三支承结构的紧支承位置及支承跨距等对主轴系统静态和动态特性的影响。     

机床主轴系统的刚度匹配

本文根据主轴系统轴端刚度损失最少的原则,提出机床主轴的抗弯度EI应与前支承刚度相匹配。以便充分发挥主轴与轴承的性能。文中推导了刚度匹配的表达式,并提供了不同类型滚动轴承的匹配图表。根据结构上的需要,确定参数K_a、λ值后,便可迅速地算出主轴的前轴颈或与其相匹配的轴承类型。为达到机床主轴系统刚度的合理匹配,文中提出了一些措施,并通过对不同参数的主轴系统的试验,得到了证实。     

机床主轴系统油膜阻尼器的工作可靠性分析

机床主轴系统采用油膜阻尼器时,若参数设计合理,主轴轴端振幅降低程度可接近最佳阻尼效果,同时不致因油膜阻尼器存在制造误差而减小主轴共振频率的提高幅度,从而保证了机床主轴系统中油膜阻尼器的工作可靠性。     

毛细管节流静压油膜轴承动态特性分析

针对毛细管节流的径向和推力静压油膜轴承,在对流经轴承各油腔流量模型进行线性化处理的基础上,建立了毛细管节流的静压轴承流量连续性方程及轴承一主轴系统动力学方程,推导出毛细管节流的径向和推力静压油膜轴承的传递函数.采用MATLAB软件对毛细管节流的推力静压支承进行了仿真计算,仿真计算结果与广州机床研究所做实验的实测结果进行了详细的对比,有较好的一致性,说明所建模型和所采用方法的有效性.在实验验证的基础上,开展了主轴旋转速度对毛细管节流的推力静压轴承动态特性影响的仿真分析,同时探讨了供油压力、油膜厚度对毛细管节流的径向静压轴承动态特性的影响规律.     

凸轮轴高速数控磨床主轴静动态特性

以凸轮轴高速数控磨床主轴系统为研究对象,对主轴系统进行了三维有限元建模.建模过程中,将轴承支承简化为弹性支承,利用有限元分析软件Ansys Workbench对主轴系统进行了静力学分析、模态分析以及谐响应分析.得出主轴系统应力应变云图,主轴系统的前6阶固有频率和振型以及频响曲线图,并计算出主轴系统的静刚度和相应的临界转速.分析结果说明,主轴系统在工作过程中不会发生共振,且主轴的共振频率范围发生在2 800 Hz附近.对主轴系统的静刚度进行试验测试验证有限元分析的可靠性,两者之间的误差为12.9%.     

机床主轴合理支距的简化计算

本文对两支承结构、前支承可有反向力距、受有径向切削载荷的机床主轴合理支距问题进行了简要讨论,并且提供了计算其合理支距的公式和例题。     

轴承油膜动特性对转子临界转速的效应计算

介绍了非定常情况下,滑动轴承动压油膜的动态特性对转子支承刚度的作用．在此基础上建立了基于油膜动力学特性及底座支承刚度动力学模型的计算方法,并用于传递矩阵法求解转子系统的临界转速中．计算结果表明,随着系统的支承刚度下降,转子系统的临界转速是下降的     

深浅腔动静压轴承油膜特性

以用于某高精度数控车床主轴部件的深浅腔液体动静压轴承为研究对象,在对其进行理论建模与分析的基础上,采用计算流体力学软件对深浅腔动静压轴承油膜特性进行分析.分析不同的转速、供油压力、偏心率、油膜厚度和深腔夹角等因素对油膜承载力、进油孔流量和油膜温升的影响.结果表明:进油孔流量随主轴转速的增加先增大后减小,随主轴偏心率的增加逐渐减小;油膜温度随外部供油压力的增加逐渐减小且趋于平缓;油膜厚度在0.03mm左右时承载力和温升最合适;在深腔夹角为10°时,油膜的动压效果最明显,油膜承载能力最强.     

基于FLUENT的插齿机主轴液压轴承静态特性研究

利用基于有限体积法的计算流体力学软件FLUENT对插齿机主轴液压轴承的流场进行三维数值仿真,计算出轴承的动静态承载能力、流量、油膜刚度,分析并得出了相关轴承结构参数对液压轴承静态特性的影响规律．结果表明：当主轴静止时,随着偏心率的增大,承载能力随之增大,静态刚度逐渐减小;低速旋转时,承载能力和刚度均随着偏心率的增大而增大;当主轴在高转速大偏心率时,存在动压效应,并且动压效应对承载能力的影响不可忽略．分析结果可以为静压轴承的设计和优化提供新的计算方法和参考依据．     

数控车床的液体动静压轴承油膜压力特性

以某高精度数控车床主轴部件为研究对象,研究建立动静压轴承油膜压力的理论模型和仿真分析模型的方法.首先将雷诺方程和油膜承载力方程转化为无量纲的形式,然后采用数值法求解得到轴承油膜的无量纲压力分布图和不同区域的压力值及分布规律.采用流体动力学软件求解轴承油膜仿真模型,获得轴承油膜压力分布,以及在不同供油压力和主轴转速情况下油膜压力变化规律,对进一步研究动静压轴承的承载能力和动静压轴承的设计提供重要的参考.将理论分析和仿真分析结果进行对比,验证了所采用的理论模型和仿真分析方法的正确性和可行性.     

牙轮钻头滑动轴承仿生鲨鱼皮织构化表面润滑性能

牙轮钻头在超深井和大水平井的使用受到广泛关注,由于地层环境复杂化,为了使牙轮钻头有更高的稳定工作性。通过对合金材料表面织构化处理减摩效果的研究,结合鲨鱼皮减阻润滑的优势,针对牙轮钻头薄弱环节滑动轴承摩擦结合面进行了仿生鲨鱼皮织构化处理,基于所选取仿生织构的形貌参数构建滑动轴承流动润滑理论模型,采用有限差分法求解,获取润滑油的油压分布、承载能力及滑动轴承摩擦力,并探究阶跃冲击载荷下滑动轴承动压油膜的响应情况。结果表明：牙轮钻头滑动轴承流体润滑状态下,深径比大于0.3且面积率大于0.25的仿生表面织构对油膜承载力有增强效果;仿生表面织构在较低油膜压力下对油膜摩擦力影响突出,油膜摩擦力提高了14.12%;偏心率越大仿生表面织构对油膜承载力的提升效果越好,在偏心率为0.8时承载力提高效果达到200.45%;同时仿生织构的对滑动轴承流体润滑的轴向稳定性有提升效果。牙轮钻头滑动轴承仿生织构化处理有效地改善了滑动轴承润滑性能。可见,合适的织构尺寸能进一步提高滑动轴承处于流体润滑的适用工况范围,提高牙轮钻头的使用寿命。     

轴颈转速对滑动轴承油膜特性的影响

基于Navier-Stokes方程组对某型车用汽油机曲轴主轴承油膜特性进行了三维数值模拟,获得了不同轴颈转速下,润滑油油膜压力和组分的分布规律,揭示了曲轴转速对滑动轴承油膜特性的影响。数值模拟结果表明,随着轴颈转速的增加,滑动轴承油膜承载区的作用范围以及油膜最大压力的位置几乎不变;在油膜承载区的相同周向位置处,油膜压力随轴颈转速的增加不仅呈线性增大,而且其在最大压力位置处随轴颈转速增加,增长速度最快。此外,随着轴颈转速的升高,油膜破碎区域内充满空气区域的面积逐渐减小,润滑油入口附近油膜破碎区的面积逐渐增加。     

嵌入控制油腔的静压滑动轴承可控性研究

针对主动控制静压轴承转子运动的可控性和稳定性有待提高的问题,提出了一种在传统静压轴承的油腔内嵌入控制油腔的轴承结构,并采用主动单面薄膜节流器对其供油,充分利用轴承内部的二次节流,以此提高静压轴承的主动控制性能.基于雷诺润滑方程和流量守恒方程,采用有限差分法和欧拉迭代法建立了静压主轴的轴心运动计算模型,研究了不同轴承结构和进油压力下轴承的动态特性和控制特性.结果表明:当控制腔面积占比在30%,封油边宽度为5 mm时,静压轴承同时具有良好的动态特性和控制特性.通过合适的结构设计,嵌入控制油腔的轴承结构可以提高静压主轴轴心运动的可控性.      

轴承-转子系统运动分析及主轴振动的相位控制

为限制高速运动过程中轴承转子系统的振动及提高机床加工精度,提出了通过控制可倾瓦轴承转子的振幅和相位以降低主轴前端振幅来达到提高加工精度的方法.建立了刚性轴转子系统的五自由度振动模型,并求出了转子系统振动的微分方程;通过流量平衡法求得可倾瓦轴承的供油流量,并离散雷诺方程求出了可倾瓦轴承的油膜力;通过欧拉法得出了可倾瓦轴承转子轨迹,并通过空间直线方程得出了主轴前端转子运动轨迹;通过电磁致动器作为辅助控制装置调节可倾瓦轴承转子的切向加速度和法向加速度.算例的仿真结果显示可倾瓦轴承转子的轨迹收敛成圆形,并减小了前后轴承的相位差,主轴前端振幅降低了60.26%.      

基于有限元方法的液体动静压主轴系统数字化分析

轴承的支撑特性与主轴系统的动态特性直接影响着磨削加工质量,液体动静压主轴系统的动态特性主要体现在轴承的支撑刚度与阻尼.首先使用流体动力学分析技术对液体动静压轴承进行不同参数下的油膜承载能力、油膜温度场分析,进而使用动网格技术对油膜支撑刚度与阻尼进行分析.然后将所得到的支撑刚度与阻尼转化为等效模型应用到主轴系统动态特性有限元分析中,对主轴系统进行动态特性分析.最后采用实验方法测量主轴系统固有频率以验证分析方法的正确性.     

Determinate mathematical model of couple bearing force of magnetic-liquid suspension guide-way with complicate constraint

Magnetic-liquid suspension guide-way system( MLSGS) is coupled supported by permanent magnetic suspension and hydrostatic bearing. The structure and bearing mechanism of MLSGS of heavy computer numerical control( CNC) machine tools are introduced and the mathematical expression of bearing force of bearing unit is derived and it can be broken apart into six parts which sustains directly the coordinate components of broad external load,where the air gap of permanent magnet and hydrostatic oil film can be simplified as elastic supports,the compatibility equations of deformations for oil films and air gap are presented,and then the bearing capacity calculation of the bearing unit is transformed into a determinate problem. Considering the guide-way as a rigid body,the mathematics expression between the bearing unit's bearing force and the oil film variation is linearized,and the oil pocket's bearing capacity which bears different components of the external load is calculated separately. The six components of the bearing unit are added up,and the final general mathematics expression is derived. The proposed research offers a general simple method for calculating the bearing capacity of MLSGS with complicate constraint,which can be mastered simply by engineering designer and can improve design efficiency and accuracy.