【摘 要】
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超精密加工是当下先进制造技术的基础,对航空、航天、通信等领域的发展具有重大的影响。空气静压主轴拥有转速高、摩擦阻力小、高效率等优点,被广泛应用于超精密制造装备中。因此如何提升空气静压主轴的承载性能和改善空气静压主轴的驱动方式等,成为了当今超精密制造装备领域的一大前沿研究课题。本文基于对气体润滑理论的研究,通过对涡轮驱动的T型空气静压主轴系统的承载性能及流场进行分析,以实现对其结构参数进行优化的目标
【基金项目】
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陕西省科技厅项目（编号:2022GY-215）；
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超精密加工是当下先进制造技术的基础,对航空、航天、通信等领域的发展具有重大的影响。空气静压主轴拥有转速高、摩擦阻力小、高效率等优点,被广泛应用于超精密制造装备中。因此如何提升空气静压主轴的承载性能和改善空气静压主轴的驱动方式等,成为了当今超精密制造装备领域的一大前沿研究课题。本文基于对气体润滑理论的研究,通过对涡轮驱动的T型空气静压主轴系统的承载性能及流场进行分析,以实现对其结构参数进行优化的目标。本文的主要研究内容如下:（1）对涡轮驱动的T型空气静压主轴的总体方案进行了设计,采用空气涡轮作为主轴动力部分;分析了空气静压轴承与空气涡轮的工作机理;对数值仿真求解方法及流程进行了阐述。（2）针对结构参数对空气静压径向轴承的作用规律,基于数值仿真方法建立了流场仿真模型,对空气静压径向轴承的承载特性及流场影响因素进行了研究。通过对空气静压径向轴承的研究,开展对偏心率、转速下空气静压径向轴承气膜压力流场与速度流场的分析;揭示了主轴偏心率、供气压力、转速以及平均气膜厚度等结构参数对空气静压径向轴承承载特性的作用规律。（3）针对止推轴承的结构参数对其进行数值仿真,求解节流孔出口处的压力与速度,探究了不同静态参数下对空气静压止推轴承承载性能的影响规律及气膜流场的分布情况。为了研究在实际工作时空气静压止推轴承对空气静压径向轴承的影响规律,建立径向止推组合轴承仿真模型,以转速、偏心率、供气压力等参数为设计变量,分析了径向止推组合轴承的承载特性。（4）采用了多运动参考系的方法对空气涡轮进行数值模拟,分析了供气压力、叶顶间隙和喷管直径的大小等因素对涡轮流场及其气动性能的影响规律。最后通过搭建T型空气静压主轴系统实验平台,测试了主轴系统的承载性能与转速,验证了数值仿真的正确性。通过对T型空气静压主轴系统承载性能与气动性能的相关研究,进一步补充和丰富了气动空气静压主轴的设计方法和理论体系,这将对进一步提升空气静压主轴在超精密制造装备领域的发展和工程应用奠定了重要的理论和技术基础。
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