油气二相流动静压滑动轴承电主轴承载性能研究

【摘要】：高速电主轴是集精密、高速加工性能于一体的先进高速机床的核心部件,是先进制造技术中的一个主要发展方向。目前,高速机床电主轴轴承包括滚动轴承、磁力轴承、静压动静压滑动轴承三种基本类型。滑动轴承与滚动轴承比较,具有阻尼值高、抗振性能好、主轴回转精度高和寿命长的特点,因此很适合作为高速机床电主轴轴承。且气体润滑轴承在超高速的场合也得到很好的应用。 本文提出研究油气二相润滑的新型动静压滑动轴承。不同于目前正在广泛应用的油气润滑技术,这里采用的是所谓“亚油气润滑”,即在压缩空气中均匀地加入一定颗粒大小的油液,变过去的单相动静压轴承为二相流润滑的动静压轴承。理论分析认为,这种亚油气二相流润滑的动静压轴承与气体轴承比较,能够获得高的油膜刚性,大大提高轴承的抗过载能力;同时又能有效发挥油和气的良好润滑性能,减小摩擦发热;气体的流动性把热量带走,能有效降低轴承工作时的温升,从而发展出比气体轴承优越的新型轴承,进一步扩展滑动轴承的应用领域。 从油气二相流体的理论出发,分析油气二相流在轴承中的运动状况,流动状况,建立油气二相流轴承的数学模型。利用通用有限元软件Marc中的滑动轴承模块,结合油气动静压润滑问题,对该模块进行二次开发,求得油气动静压轴承的动态特性。基于油气动静压轴承的承载性能,进行主轴轴系数学建模,建立有限元分析模型,借助Marc梁单元求解其承载特性,比较动静压轴承与气体静压轴承的特性,分析油气二相流动静压轴承的优点,以及存在的问题,展望其发展。 为满足主轴在高速运转条件下加载的要求,采用与静态挂重物不同的动态加载的方式,即通过电磁加载,实现非接触加载方式,突破了传统动态加载的方式。结合实验室设备一“全支承”结构静压电主轴,进行油气混合状况的试验,探讨油气混合轴承的承载特性。最后拟合出电主轴的承载能力和动态刚度曲线,并与理论结果进行比较,分析误差产生的原因。