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《广东工业大学》 2011年
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超高速空气静压电主轴的动静态性能分析与实验研究

舒鹏程  
【摘要】:随着电子元器件微型化和各类电器功能复杂化,PCB电路板的集成度也越来越高,PCB板上的微细孔也越来越密集。为了提高密集孔的钻削效率和改善微小孔的钻削质量,在PCB微细孔的钻削过程中,常采用超高速空气静压电主轴来钻削。超高速空气静压电主轴,是以空气静压轴承作为支承元件,能在超高转速下保持较高的回转精度,而且无污染、无磨损、使用寿命长。但是超高速空气静压电主轴的承载力和刚度较小,易出现气锤自激振动和涡动失稳现象,影响着超高速空气静压电主轴的稳定性和可靠运行。 本文通过研究空气静压轴承的承载性能、静态稳定性、超高速空气静压电主轴的动静态特性及其影响因素,以掌握超高速空气静压电主轴的设计方法。本文主要从以下几方面进行了研究: 1、通过对气体润滑理论的深入分析,从一般形式的Reynolds方程出发,结合空气静压轴承的实际状况,建立了空气静压轴承气膜压力分布的数学模型,得出空气静压轴承的承载能力。在此基础上,研究轴承结构参数和供气参数共同影响下轴承的静态特性,分析这些参数对承载性能和气锤效应的影响,优选参数必须综合考虑承载力、刚度、耗气量、实际情况。 2、采用ANSYS的CFD模块,分析了超高转速条件下,空气静压轴承的承载性能的变化规律。研究表明:转速增加时,空气静压径向轴承的承载性能明显增加且在不同转速段承载性能的增加不同,但是转速的增加对空气静压止推轴承的承载性能影响较小。 3、从主轴发生涡动失稳的角度,首先研究气膜阻尼系数与偏心、涡动转速和主轴转速之间的关系。研究发现:加大阻尼面、减小气膜厚度、适当增大偏心率、提高主轴涡动转速等方法可增加气膜的阻尼、提高主轴的动态稳定性。然后,根据上述分析结果,推导计算了超高速空气静压电主轴涡动失稳时的极限转速。 4、结合轴承气膜和主轴的实际结构参数,建立轴承气膜和主轴的整体模型,采用气固耦合的方法,研究超高速空气静压电主轴的静态承载性能,确定气膜的等效材料特性,在此基础上进行了超高速空气静压电主轴的动态特性分析,包括模态特性和谐响应分析。研究表明:施加的轴向外载增加时,电主轴的轴向刚度明显增加;施加的径向外载增加时,电主轴的径向刚度比较稳定,增加缓慢;主轴的三个低阶共振频率处于电主轴有效工作转速范围内,在这三个共振频率附近,主轴前端的振幅较大、动态刚度下降很快。加工时,主轴工作转速需要尽量避开共振频率。 5、为了验证超高速静压电主轴动静态特性的仿真分析结果的正确性,最后对超高速空气静压电主轴进行了静刚度实验测试、主轴空转运行实验等相关实验研究,并将理论分析的数据和实验测试的数据进行对比,同时分析了产生误差的原因。
【学位授予单位】:广东工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TH133.36

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前6条
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3 王晓明;肖曙红;徐文龙;蒋杰;;微孔阵列式空气静压径向轴承特性研究及结构优化[J];润滑与密封;2015年07期
4 邹麒;肖曙红;吴利杰;;微小孔阵列式空气静压止推轴承性能研究[J];轴承;2015年02期
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 王晓明;微孔阵列式空气静压电主轴的动静态性能研究[D];广东工业大学;2015年
2 罗小百;超高速空气静压电主轴的稳定性研究[D];广东工业大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
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【共引文献】
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【同被引文献】
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1 王晓明;肖曙红;徐文龙;蒋杰;;微孔阵列式空气静压径向轴承特性研究及结构优化[J];润滑与密封;2015年07期
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3 吴利杰;肖曙红;雷枝武;罗小百;;基于流固耦合分析的超高速微切削空气静压电主轴支承结构优化[J];润滑与密封;2014年01期
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9 王成勇;黄立新;郑李娟;陈明;;印刷电路板超细微孔钻削加工及其关键技术[J];工具技术;2010年01期
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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10 舒鹏程;超高速空气静压电主轴的动静态性能分析与实验研究[D];广东工业大学;2011年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前8条
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【二级参考文献】
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6 陈世钰;;高速加工的利器—高刚性大功率气静压电主轴[A];广州市老工程师协会论文集(第四辑)[C];2008年
7 陈润霖;许吉敏;奚延辉;袁小阳;;高速超精密电主轴系统可靠性及精度稳定性研究[A];第11届全国转子动力学学术讨论会(ROTDYN2014)论文集(下册)[C];2014年
8 吴国庆;张钢;张建生;王春兰;吴名贵;汪希平;;磁悬浮铣削电主轴控制系统研究[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
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10 杨新洲;张钢;吴剑锋;汪希平;;磁悬浮支承铣削电主轴的动力学性能仿真分析[A];2003大型发电机组振动和转子动力学学术会议论文集[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 叶军;国产化率低 电主轴成为数控机床发展之痛[N];中国工业报;2007年
2 本报记者 叶军;电主轴:制约我国数控机床发展的软肋[N];中国工业报;2006年
3 见习记者 严曼青;电主轴国产化低 数控机床的发展之痛[N];机电商报;2005年
4 本报记者 徐雯雯;金雷:创新铸就的硬品牌[N];莱芜日报;2011年
5 记者 张睿 通讯员 崔珠峰;“通裕”攻克5个世界性难题[N];德州日报;2010年
6 本报记者 司涛 赵彬彬;通裕重工今招股 创新成就风电装备龙头[N];证券日报;2011年
7 协会;国内数控机床用电主轴市场扩容[N];中国电力报;2004年
8 郭宝泉;让科研成果产生巨大经济效益[N];沈阳日报;2006年
9 叶军;投资4000万 洛阳轴研为机床造“心脏”[N];中国工业报;2003年
10 证券时报记者 卢青 贾小兵;通裕重工今日申购 适时实施股权激励[N];证券时报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前7条
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3 徐春冬;空气轴承电主轴动力学特性分析[D];东南大学;2015年
4 高思煜;超高转速空气静压电主轴特性分析与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
5 李颂华;高速陶瓷电主轴的设计与制造关键技术研究[D];大连理工大学;2012年
6 刘继行;小型车床内装式电主轴间歇动态热特性研究[D];沈阳工业大学;2015年
7 马丙辉;基于热管传热的液体静压电主轴热态性能及相关技术研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
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3 时玉冰;内置式电主轴动态及热—结构耦合特性的研究[D];河北工程大学;2015年
4 张政;高速电主轴热特性分析及试验研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
5 阎铭;电主轴电磁振动与损耗关系实验与仿真分析[D];沈阳建筑大学;2014年
6 张郊;轴承预紧力对电主轴特性的影响研究[D];沈阳建筑大学;2015年
7 夏万磊;电主轴温升智能预测与实验研究[D];沈阳建筑大学;2015年
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9 朴陶然;永磁同步电主轴电磁力产生机理及振动特性研究[D];沈阳工业大学;2016年
10 王玮琦;永磁同步电主轴机电耦联动力特性研究[D];沈阳工业大学;2016年
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