基于有限元流固耦合方法的高速空气主轴特性分析

采用有限元流固耦合法对高速大功率空气静压电主轴特性进行有限元分析研究,得到电主轴特性的理论数据。对全支承型式的空气静压主轴刚度与传统的两支承型式的主轴刚度进行对比分析,为后续对轴承的支承结构和主轴的动静态特性进行优化提供必要的理论依据。

静压空气主轴的高效高精加工应用

通过介绍高效率、高精密加工的主要要求和静压空气主轴的主要特点,阐述静压空气主轴在高效高精加工方面的应用。

空气静压主轴宏微尺度研究进展综述

空气静压主轴作为精密超精密机床的关键部件,其回转精度高,运转平稳,振动及噪声较传统轴承小,高速回转时的温升较小.但其存在刚度和承载力较差的问题.因而,有必要对现有的空气静压主轴重要研究成果进行系统的总结及分析.回顾空气静压主轴的历史发展及研究成果,空气静压主轴的主要研究目的在于提高其承载力和刚度,改善动/静压特性以及稳定性等,并通过改进雷诺方程以及优化结构参数进行实现.同时其微尺度特性也成为研究的热点,研究结果表明,微尺度特性对于主轴的承载力以及刚度等具有重要影响.该研究从空气静压主轴的发展历程、静/动力学性能以及微尺度领域的黏度、速度滑移和稀薄效应等对空气静压主轴性能产生重要影响的因素进行综述和分析.结合现有的数值模拟方法,对主轴回转精度的测量和主轴运动状态进行了分析.最后,对空气静压主轴的研究发展趋势进行了预测.

超高速空气静压轴承电主轴损耗及热特性分析

电主轴作为高度集成的机电一体化产品,相对于传统的机床主轴,其将主轴电机集成内置到主轴内部,具有结构紧凑、低惯性、高转速、低噪声、快速响应等优点,但由于电机集成于主轴内部,运转时产生的大量热量,会引起电主轴温度快速升高,使电主轴的热态特性和动态特性变差,进而影响电主轴的正常加工甚至出现运转过程中卡死。为定量计算整机的损耗及发热变形情况以解决此问题,通过建立超高速空气轴承电主轴热特性分析模型,采用解析法与有限元仿真相结合的方法,求解电主轴轴芯空气摩擦损耗、电机损耗,获得了电主轴温升等热态特性参数,并通过试验验证分析模型和方法的准确性,研究模型中轴芯空气摩擦损耗理论计算数值与实验数值偏差在2%以内,为电主轴设计提供了理论依据。

超精密空气静压主轴径向回转误差的测试研究

对超精密空气静压主轴回转误差测试过程中偏心的影响和作用原理进行了深入分析,指出了消除偏心时的一些误区,并提出了合适的偏心消除方法,设计了偏心调整装置,可使偏心调整到1μm以下;采用两点法对圆度误差和回转误差进行分离,并用该方法直接测量圆度仪主轴的回转误差,得到了很好的效果,验证了测量原理。

空气静压电主轴的稳定性研究

空气静压电主轴是高速精密加工设备的关键部件之一,其工作稳定性直接影响整机的使用性能和寿命。从自激振动和转轴涡动两个方面,对空气静压电主轴稳定性的主要影响因素进行了分析研究;并结合空气静压电主轴在半导体封装设备晶圆减薄机和划切机上的应用,重点对气浮轴承内部气容比、节流塞形式、进气压力、径向轴承结构参数、径向轴承形状误差以及动平衡等方面提出了合理的优化建议和方法,这些建议和方法在实践中起到了良好作用。

空气静压主轴气膜的压强分布与动态特性分析

空气静压主轴的动态特性对机床加工精度影响很大,需要对主轴气膜的压强分布进行分析计算,从而分析其动态特性.通过对主轴在轴套内不同姿态时气膜压强分布采用无因次化压力膜雷诺润滑方程法进行有限元计算,得出不同姿态对应的坐标系各轴向的轴承反力以及反力矩,并探讨工作区间的主轴刚度以及角刚度的近似值,建立主轴力学方程分析主轴重心运动轨迹;引入旋转欧拉方程研究主轴轴线偏转状态,讨论主轴不同几何参数时轴线稳定性;提出通过提高主轴径向主惯性张量与轴向主惯性张量比值(采用径厚比大的盘形主轴结构)的方法提高机床的加工精度.可以为主轴结构设计提供理论指导,并为求解主轴刀具运动轨迹提供方法.

稀薄效应下空气静压主轴动态特性分析及试验研究

针对微尺度下空气静压主轴的动态特性问题,建立了体现稀薄效应的主轴有限元模型,对主轴的模态、谐响应进行了研究。首先,基于有限元法对主轴进行建模,轴承部分采用Combin14弹簧单元建模。接着,通过扰动法得出稀薄效应下以及传统情况下轴承的刚度、阻尼参数,将此参数替代主轴模态分析中采用的弹簧单元的刚度、阻尼参数,结合主轴实际工作状态,进而分析出两种情况下的主轴的模态结果。然后,对主轴进行谐响应分析,校核之前模态分析结果。最后,对主轴进行锤击模态试验,从而检验两种状态下的模态分析结果。实验结果表明:稀薄效应下分析所得主轴1阶固有频率值较试验测量值的误差只有3.6%左右,而传统情况下得出的1阶频率值的误差在15%左右,这对主轴系统以后的优化设计和精度控制方面具有一定的理论依据。

空气静压立式主轴静态性能分析

介绍空气静压主轴静态性能仿真分析原理,构建静态性能的测试平台,测量立式空气静压径推联合轴承的静态性能,并分析测量过程中的误差影响。实验结果与数值仿真结果基本一致,表明数值仿真的计算结果比较理想而且稳定,证明将该方法应用在空气静压主轴静态性能预测的可行性。

空气静压球面轴承主轴回转精度测试研究

介绍了空气静压球面轴承主轴的结构,给出了3种提高性能的结构改进方法,并提出了主轴回转精度的测量方法,对该气浮主轴的回转精度进行了测试研究。针对径向回转误差、轴向窜动误差和角度摆动误差,采用消一次谐波法消除安装偏心,得到了比较理想的测试结果,同时也验证了静压轴承结构设计的合理性。

划片机高速空气静压电主轴关键技术的研究

划片机是最关键的集成电路封装设备,高速空气静压电主轴是划片机的核心部件。从主轴结构出发,研究空气轴承、主轴电机、动平衡、转子与旋转轴的联接、精密加工、主轴热变形的控制等高速空气静压电主轴的关键技术。

高刚度卧式空气静压主轴优化设计

采用数值方法对高刚度卧式空气静压主轴进行优化设计,并通过实验进行验证。通过数学变换,将气体润滑Reynolds方程的一般形式变换成标准的椭圆型偏微分方程形式,再以MATLAB软件中的PDE工具箱为求解器,编制迭代计算程序,实现空气静压主轴的静态性能计算。分析结构参数对主轴性能的影响,得到最优的主轴结构参数;通过实验测试了优化后主轴的轴向和径向刚度,实验结果验证仿真方法的准确性。

切割机空气静压电主轴径向承载力及刚度的设计

径向承载力及刚度是影响切割机空气静压电主轴高转速下工作稳定性的重要因素,也是切割机空气静压电主轴重要的设计指标。本文采用工程计算方法,对切割机空气静压电主轴径向承载力及刚度进行设计计算。

空气静压电主轴过盈联接研究

空气静压电主轴将转轴与电机转子过盈联接,实现了主轴的零传动,转轴与电机转子间的过盈量是影响主轴性能的重要因素。根据力学理论对空气静压电主轴过盈联接进行了设计和校核,并利用有限元分析软件ANSYS动态模拟了转轴与电机转子压装过程的接触应力,证实了该联接的可靠性。

微小间隙空气静压主轴角刚度分析与实验

通过综合气体运动方程、连续性方程和状态方程,建立小孔节流气体润滑主轴数学模型。采用有限单元法、超松弛迭代法和比例分割法对雷诺方程进行离散求解,解决了微小间隙空气静压主轴跨尺度微偏转的气膜压力分布数值计算难题。进行静态角刚度测试实验,验证了所提方法的有效性。

超精密加工机床空气静压主轴系统径向气膜刚度分子动力学模拟

针对计算流体力学对超精密加工机床空气静压主轴系统进行动力学分析时的大跨尺度建模问题,该文基于分子动力学模拟基本原理和相似理论,利用LAMMPS开源软件和雷诺相似准则建立了超精密加工机床空气静压主轴系统的分子动力学微观模型。通过与文献算例比较验证了该模型的准确性,并进行了仿真分析。结果表明,在一定范围内,空气静压主轴径向气膜刚度随气膜厚度的增大而非线性减小,随主轴转速的增大而非线性增大,随进气压力的增大而非线性增大。

基于ANSYS的空气静压电主轴热变形研究

分析了空气静压电主轴的热源和热传递;用ANSYS模拟电主轴的温度场分布及热变形;通过多步载荷的选取对比分析结果,得出了不同冷却部位对降低主轴热变形的效果不同的结论;并从降低生热和增强散热两方面出发提出了减小其热变形的措施。

高精度空气静压主轴组件的动态回转误差分析

为提高空气静压主轴回转精度,基于空气静压主轴的回转运动特性,采用标准球单点双向法对主轴回转误差进行测量,分析了被测主轴的回转精度,测得不同供气压力下的被测气浮主轴止推盘的承载性能以及实验气浮主轴的回转精度;对实验中产生的误差进行分析。结果表明:被测实验主轴的轴向回转精度稳定在0.5μm左右,在50 r·min^-1转速下径向回转精度为25~28μm。

高速空气静压喷漆主轴涡轮盘减振降噪研究

涡轮盘叶片在驱动空气静压喷漆主轴高速旋转时,其振动会造成疲劳与噪声。基于弹性结构理论提出一种设计方法,减少涡轮盘结构振动矩阵密集特征值出现的频率,通过设计非均匀叶片布局与进气构型减少可能的振动及噪声。选取叶片上的点作为测试点,分析其模态及加速度谱密度函数曲线,曲线的平稳度表征振动、能量及噪声的分布。仿真对比结果表明非均匀叶片结构布局与进气构型的噪声能量信号在其工作频率范围内更平坦,有效的降低了结构振动及噪声。

JC-1型精密测角仪空气静压主轴

本文着眼于仪器的精度要求,分析了JC-1型精密测角仪空气静压主轴的性能、结构特色。文中后半部分给出了该轴系的测试数据。