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基于数值模拟的精密摆角铣头气体静压轴承的研究

乔江东  
【摘要】: 静压气体轴承是一种广泛使用的高精度轴承,其最主要的不足是刚度较低,并且,静压气体轴承的结构参数对其刚度有很大的影响。当静压气体轴承高速运动时,会产生一定的动压效应以及大量的气体内摩擦热,引起轴承性能的变化。 本文首先使用气体轴承的工程设计方法计算摆角铣头气体轴承在不同节流方式、不同节流孔直径下的最佳气膜厚度和对应的最大刚度。通过工程计算,还可以得到气体轴承的各个结构参数对气体轴承刚度影响的规律。随后,本文介绍了使用CFD软件FLUENT6.2对静压气体轴承的气体流动进行数值模拟的方法。对静态的气体轴承进行数值模拟,可以获得静压气体轴承的较精确的静特性,在此基础上确定了摆角铣头各气体轴承的结构参数。对高速旋转的气体轴承进行数值模拟,可以获得气体轴承的动压效应和摩擦发热情况。 本文最后,使用ANSYS9.0对摆角铣头主轴系统在设计转速下(1.6×105rpm)的工作状态进行了热分析,确定了各气体轴承的温度变化,由此可得到温升对摆角铣头双排孔圆柱气体轴承气膜厚度的变化,从而得到自转温升对双排孔圆柱气体轴承性能的影响。


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