液体静压主轴系统承载特性分析及优化设计

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主轴进一步向高转速、高精度、高刚度方向发展,传统主轴已不能满足机械零件加工精度越来越高的要求,液体静压主轴得到普遍关注。特别是在高精度、高效率和自动化机床上,液体静压主轴应用越来越普遍,目前,液体静压主轴一般凭经验设计,设计过程雷诺方程推导涉及大量假设简化。对静压主轴压力油膜从N-S方程出发进行理论计算,分析其结构参数对承载特性的影响,并进行优化设计变得非常重要。根据计算流体力学,对压力油膜进行了理论分析,建立其数学模型,选用FLUENT求解器对其进行数值求解,分析薄膜反馈节流静压轴承不同结构参数对其承载性能的影响,以改进轴承的设计。对薄膜反馈节流液体静压轴承进行优化设计,以轴承长度、半径间隙和薄膜反馈节流器初始间隙为变量,以刚度和功耗为目标,采用迭代搜索算法,进行优化,得到刚度、功耗和温升的综合优化,并利用VC++6.0编程,实现了薄膜反馈节流液体静压轴承优化设计的软件化,缩短了轴承设计周期,提高了设计效率。根据对液体静压主轴系统的理论分析和对刚度、功耗和温升为目标的优化设计,结合国家重大专项课题对活塞车床的具体技术要求,采用模块化和集成化思想设计了一套薄膜反馈节流器液体静压主轴系统,并将性能优化结果融入到液体静压轴承设计的标准化和模块化设计之中,并应用三维造型软件Soliworks进行三维造型设计。
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