超高速空氣靜壓電主軸的穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品需求量的快速增加，PCB電路板的需求量也呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。為了滿足PCB板中微細(xì)孔的高精度、高效率的加工要求，超高速空氣靜壓電主軸被廣泛應(yīng)用于PCB加工行業(yè)。以壓縮空氣為潤(rùn)滑劑的靜壓軸承由于無固體接觸，具有精度高、極限轉(zhuǎn)速高、壽命長(zhǎng)、振動(dòng)小等特點(diǎn)，非常適合作為超高速電主軸的支承元件。但是由于空氣的可壓縮性等固有特性，超高速空氣靜壓電主軸的承載能力和剛度較小，且在高速運(yùn)行過程中，電主軸容易出現(xiàn)不穩(wěn)定性現(xiàn)象，嚴(yán)重影響超高速空

2、氣靜壓電主軸的加工性能，限制了超高速空氣靜壓電主軸技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。
　　 本文通過研究氣體靜壓軸承的靜態(tài)性能、電主軸系統(tǒng)的支承優(yōu)化、氣錘振動(dòng)與渦動(dòng)失穩(wěn)的機(jī)理與判定式及其影響因素，掌握提高超高速空氣靜壓電主軸穩(wěn)定性的方法，從而更好地掌握超高速空氣靜壓電主軸的設(shè)計(jì)方法。本文的研究?jī)?nèi)容主要包括以下四個(gè)方面:
　　 1、建立靜壓氣體潤(rùn)滑Reynolds方程一般形式，利用ANSYS有限元分析軟件，對(duì)徑向軸承和止推軸承進(jìn)行全參數(shù)的

3、三維流體建模，計(jì)算了空氣靜壓軸承的氣膜壓力分布及其承載能力，分析了氣體軸承的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)徑向軸承和止推軸承的靜態(tài)性能的影響，特別是對(duì)承載能力和剛度的影響規(guī)律，優(yōu)選出徑向軸承和止推軸承的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　 2、對(duì)超高速空氣靜壓電主軸的支承配置方式進(jìn)行了分析和優(yōu)化。利用力學(xué)知識(shí)，計(jì)算與比較分析了雙支承與三支承形式的電主軸系統(tǒng)的徑向剛度，結(jié)果表明:三支承形式的電主軸系統(tǒng)剛度比雙支承的高，第三個(gè)支承的位置也會(huì)影響主軸系統(tǒng)剛度，當(dāng)?shù)谌?/p>

4、個(gè)支承靠近主軸前端時(shí)，對(duì)提高主軸系統(tǒng)剛度的效果較好;采用流固耦合的分析法，利用ANSYS軟件仿真分析了四種典型支承配置形式的電主軸系統(tǒng)在相同徑向載荷作用下的變形情況，優(yōu)選出最佳的支承配置形式;提出一種新的超高速空氣靜壓電主軸三維結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行徑向承載性能的仿真分析。
　　 3、研究了空氣靜壓電主軸的氣錘振動(dòng)與渦動(dòng)失穩(wěn)的機(jī)理和判定方法。以靜壓止推軸承為例，推導(dǎo)了止推軸承產(chǎn)生氣錘振動(dòng)的判別式;利用Matlab軟件仿真分析了止推軸承的

5、氣膜厚度、節(jié)流孔直徑、氣腔半徑、供氣壓力四個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)氣錘振動(dòng)的影響規(guī)律;利用簡(jiǎn)化的電主軸模型，采用線性運(yùn)動(dòng)理論，推導(dǎo)出電主軸系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的判別式和電主軸系統(tǒng)的臨界速度與極限轉(zhuǎn)速的求解方法;從數(shù)值分析的角度，研究了氣體軸承的偏心率、主軸轉(zhuǎn)速、渦動(dòng)轉(zhuǎn)速分別對(duì)氣膜阻尼的影響規(guī)律;提出了改善空氣靜壓電主軸穩(wěn)定性的措施。
　　 4、采用流固耦合的分析方法，對(duì)超高速空氣靜壓電主軸進(jìn)行模態(tài)分析與諧響應(yīng)分析，得出了其固有頻率與振型以及電主