微小型机床主轴部件的特性分析.pdfVIP

■ 微小型 n床主轴部件的特Il生分 斤 ■ 文 ／沈阳第一机床厂 包洪臣 张茜 曹阳 宁娇 【摘要】主轴作为机床的关键性部件其动静态特 承径向间隙则是通过改变径向间隙，调整对气流的阻 性对加工质量起着不可忽视的作用因此，本文针对机 抗以达到改变空气流量，进而影响上游来流条件，改 床的主轴部件进行了空气动力学分析，得到空气主轴 变节流孔出口压力 Pr，在轴承腔内建立起新的平衡。 的承载力和刚度，并将刀具考虑进来，研究了主轴的 两者的宏观表现均是对流体产生阻抗，使来流压力不 静力学特性和动态特性。 断降低，因此，有类似电学欧姆定律的规律。将图4-1 【关键词】静压润滑轴承、有限元建模、动态分 的气浮轴承模型类比图4—2的电阻模型。 析 l| h 1．空气静压轴承的工作原理及其典 型结构形式 1．1静压支撑基本原理 气体静压轴承是滑动轴承形式当中的一种，其结 构和工作原理与液体滑动轴承类似，不同的是采用气 图4一l静压支撑原理 4-2等效电路 压缩空气以供气压力Ps：由供气通道经节流小孔进 体 (多为空气)作为润滑介质。当外部压缩气体通过 节流器进入轴承间隙，就会在间隙中形成一层具有一 入气腔，通过气膜流出，当通道横截面积减小时，气 定承载和刚度的润滑气膜，依靠该气膜的润滑支承作 流速度加快，剪切速率会增加，由于气体的粘性，气 体的内摩擦会消耗其动能，经过节流小孔后气体压力 用将轴浮起在轴承中。对于气体静压轴承，采用外压 值减小，即气腔中压力P，小于供气压力 。同理由 供气是其基本工作方式，节流器是其结构的关键，而 于气膜厚度很小，空气在气膜中流动时的剪切速率很 主轴工作时因自重和载荷出现的偏心则建立起轴承相 大，所 以气体 由气腔流经气膜时，压力会有再次损失， 应的承载和刚度机制。以径向供气的静压气浮轴承为 即环境压力P0低于气腔压力 。我们将节流小孔和气 例，径向孔式静压气体轴的气流通道主要由节流孔和 膜这些小截面通道对气流的阻碍作用称为阻抗，将节 轴承径 向间隙两部分组成，节流孔是使外部加压气体 流JJ＼~L的阻抗记为 ，记气膜的阻抗为 。那么，空 进入轴承间隙前，产生节流效果、并使之形成具有一 气流动的过程与电流流经两个串联 的电阻非常相似， 定承载能力及刚度的稳定润滑气膜的一种装置。而轴 第02期 数控机床市场 ·63· 口 其中，气流对应于电流，阻抗对应于电阻，气体压力对应于电压。 未通压缩空气前，由于滑动件的自重与载 荷的作用，支承件与滑动件相互贴合，气膜厚度 为零。~LB-,J-气膜的阻抗尺^趋于无穷大，气腔压力 ，趋近于 供气压力 ：当供气压力与气腔面积之乘积值超过载荷 F时，滑动件浮起，气膜形成，气腔压力 ，低于供气 压力 滑动件在气膜压力的支承下达到平衡。当外载荷F增大时，气膜厚度减小，气膜阻抗值 j，±曾大。根据 图4-2，气膜上的压 ，会因此增加，支承力增加，以平衡增大的外载荷。反之，F减小， 增大， 减小， 减小，从而支承力减小，这样可以和减小的外载荷平衡。以上就是静压润滑的基本原理。其原理图如图4—3， 如果把多个图4-1