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超精密机床气浮主轴静特性的流固耦合分析

作　者: 赵自强
导　师: 梁迎春
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 气体静压轴承静态特性流固耦合
分类号: TG502.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

超精密单点金刚石切削技术是实现大口径高精度KDP晶体加工的关键技术,而优异的主轴动、静态特性是实现机床加工精度的核心。超精密机床的主轴一般采用高精度、高刚度的气体静压轴承,如何在设计阶段综合考虑结构和流体的相互作用,准确得到气体静压轴承的静态特性,不仅对主轴系统的设计,而且对整个机床的动力学特性分析和设计都有着重要的意义。本文以KDP晶体超精密加工机床为研究对象,首先根据流体动力学的基本方程,推导气体静压止推轴承静态特性的理论计算公式,并用该公式计算在工作气压下止推轴承的刚度。然后,建立KDP晶体超精密加工机床气体静压轴承的流体分析和结构分析有限元模型,并提出顺序耦合算法来实现静压轴承的流固耦合分析,计算主轴结构在工作状态下的变形以及止推板弹性变形对静压止推轴承刚度的影响。并在此基础上,分析了止推板和主轴之间联接螺钉的个数和直径对主轴结构弹性变形的影响规律,为联接结构的优化提供方向。再次,对不同工作压力下气体静压气浮主轴的变形和刚度特性进行了实验研究,并将理论公式计算结果、有限元计算结果和实验结果进行了对比和误差分析。最后,建立KDP晶体超精密加工机床的整体机械结构的有限元模型,将计算得到的气体静压止推轴承的刚度特性通过弹簧单元添加到整体模型中,对机床整体进行静力学和动力学分析,对结构的强度进行校核,并分析气体静压止推轴承的静态特性对整个机床的动态特性的影响情况。

超精密机床气浮主轴静特性的流固耦合分析

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