本文对当前用于超精密加工机床主轴系统的高回转精度轴承作了简要评述,分析了将这类轴承用于微纳米加工中的不足之处,并在参考分析了柔性铰链原理的基础上,设计了一种新型的用于微纳米加工的微型主轴系统,主要包括微型主轴的工作原理、整体结构等,并运用有限元法对主轴系统的结构进行设计分析。 该微型主轴轴承采用整体式对称柔性铰链结构来保证主轴的高回转精度。本文首先分析和设计了主轴系统的整体结构,并运用大型有限元分析软件ANSYS按照轴承的结构特点和工作条件,建立了主轴轴承的三维有限元力学模型,进行了静态强度的有限元分析。静态强度分析揭示了微型主轴轴承在外力矩作用下的应力分布规律和位移分布规律。静态强度分析的结果显示微型主轴轴承结构在大转角情况下的等效应力小于材料的许用应力,并且主轴中心点的径向跳动和轴向窜动都非常小,达到预期设计要求。 动态性能是微型主轴系统设计的一个重要技术指标,是评价结构设计的重要参数,本文同时对主轴进行了模态分析,从而确定了结构的自振频率和相应振型,为进行其它动态性能分析打下了基础,也为结构设计的改进提供了依据。 本论文通过对微型主轴系统的整体设计和结构分析,为此类用于微纳米加工的新型微型机械的设计、制造做出了有益的探索,提供了重要的参考价值。