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《天津大学》 2010年
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基于粘度可控水基润滑液的高速陶瓷滑动轴承主轴设计

刘峰  
【摘要】:高速高精密主轴系统作为高速加工机床中的心脏部件,其性能的高低直接影响到高速加工机床的整体发展水平。现行的高速电主轴轴承技术中,滚动轴承较大的振动与噪声、磁力轴承过于复杂的控制系统以及气体轴承较低的承载能力限制了其进一步发展。本文设计完成了采用新型水基润滑液润滑的动静压陶瓷滑动轴承电主轴,并提出了一种基于润滑液粘度可控性,在现有制造水平下通过对粘度—轴承结构寻优从而实现主轴高性能的高速高精密主轴设计方法。根据上述构思,本文主要工作如下: 研制完成了用于高速精密滑动轴承的新型绿色水基润滑液。在确定润滑液主要组分后,采用正交试验方法确定了防锈添加剂组分配比,并测定了含不同浓度添加剂润滑液的温度—粘度特性以及其他物理性能。 为确定陶瓷滑动轴承摩擦副的制造材料,以及验证水基润滑液与工程陶瓷材料的匹配性能,开展了热压烧结Si3N4和反应烧结SiC陶瓷材料的摩擦磨损试验研究。结果表明,在不同的润滑情况下,SiC都表现出更高的极限承载能力、更好的跑合性能与更低的磨损率,而且生成了SiO2润滑膜并可有效改善摩擦磨损状况;同时水基润滑液与陶瓷材料匹配良好并表现出优良的润滑性能。 针对本课题独特的基于低粘度润滑液、多孔质节流器的流体动静压轴承,采用编程求解修正Reynolds方程并调用有限元分析软件的方法完成了高速水基润滑液润滑陶瓷轴承的TEHD数值理论计算与粘度、结构优化分析,最终确定了多孔质节流器、滑动轴承液腔相关结构尺寸与润滑液所需粘度;通过动力计算与液膜稳定性分析,算得轴心在小扰动下偏离平衡位置后的运动趋势为收敛。 在前述研究基础上,最终设计完成了基于粘度可控水基润滑液的高速高精度动静压陶瓷滑动轴承主轴系统。其轴承布局具有理论上高热稳定性并采用了全包容结构的陶瓷滑动轴承摩擦副;通过仿真计算及优化分析,确定了轴端外侧与真空夹紧机构相联接、内表面设计与HSK-C、HSK-D型刀柄相联接的结构并计算出了相应刀柄最佳预紧力。最后完成了循环润滑系统设计以及主轴—循环润滑系统的一体电气设计。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TH133.31

【引证文献】
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