大功率高精密硬车削液体静压电主轴热态特性研究及流—固耦合分析

【摘要】车削加工是一种最为重要和最为基本的机械加工工艺方法。传统的车削技术不能够实现高硬度、高强度的材料加工,制约我国装备制造业的发展。硬车削技术是一种能够直接对高硬度(55HRC～65HRC)、高强度的淬硬钢进行车削,将车削作为精加工或者最终加工的先进切削加工技术。由于硬车削技术具有车削效率高、加工工艺洁净、加工精度高等优点。在西方的发达国家,硬车技术的应用成功替代磨削技术,实现对各种高强度、高硬度材料的加工。我国与国外的硬车削技术还存在一定的差距。机床的主轴是硬车削机床的一个关键部件。液体静压主轴具有高刚度、高回转精度、高阻尼等特性能够满足硬车削技术的要求。然而对于液体静压轴承承载特性、温升特性以及回转误差测量技术的研究仍然不足。本文以液体静压主轴系统为研究对象,分别通过经典的数值计算和有限元分析软件平台对液体静压轴承的压力、温升、流场、刚度以及回转误差测量技术进行研究。根据经典液体静压轴承的设计理论的方法分别对径向轴承和止推轴承的流量、刚度和平均温升等进行数值计算。基于ANSYS平台,采用有限元分析方法对径向轴承和止推轴承的油膜进行全参数化建模。并通过FLUENT流体力学软件平台对其静态和动态特性进行分析,研究液体静压轴承油膜的压力场、温度场以及流场的分布规律；分析不同偏心率条件下,径向轴承和止推轴承的刚度特性,并且将有限元方法与经典数值计算方法进行对比。在研究静压油膜的静态和动态特性基础之上,实现主轴系统全参数化三维实体建模。通过ANSYS、FLUENT和Workbench三者之间的数据交换,运用单向流-固耦合方法研究主轴单元的流固耦合特性。分析压力场对液体静压轴承油膜厚度的影响,研究液体静压轴承油膜液体内部摩擦,分析主轴系统的温升特性,并且通过温升实验来检验有限元模型的正确性。采用自为基准的方法,对所设计的液体静压电主轴进行回转误差进行测量,并且基于频域三点法对测得的主轴单向跳动误差进行分离,应用最小二乘法对主轴的回转误差和圆度误差进行评定。
【作者】赵春明；
【导师】马平；
【作者基本信息】广东工业大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】液体静压；流-固耦合；热分析；回转精度；硬车削；

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