【正文】 dial bearing 圖 21c 止推軸承布置在徑向軸承的兩端 Fig. 21cOn both ends of the radial bearing 圖 21a 為止推軸承位于徑向軸承一側(cè)布局形式。靜壓主軸設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，對(duì)稱性好，材料均質(zhì)，熱變形小等 [42]，本章應(yīng)用三維造型軟件Solidworks 進(jìn)行三維造型進(jìn)行靜壓主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 河南科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 8 第 2章 液體靜壓主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 液體靜壓主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 液體靜壓主軸系統(tǒng)采用液體靜壓軸承作為支承，是其關(guān)鍵部件，靜壓軸承的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到整個(gè)主軸系統(tǒng)的精度，液體靜壓軸承包括液體靜壓徑向軸承、液體靜壓止推軸承，分別平衡主軸軸向和徑向外載荷，來(lái)自供油系統(tǒng)的外界高壓油經(jīng)過(guò)節(jié)流器和軸承封油面的“阻礙”形成高壓承載面，形成軸承無(wú)數(shù)的支承點(diǎn)，因此 液體靜壓支承具有很多的優(yōu)點(diǎn) [39]，液體靜壓主軸系統(tǒng)還包括密封元件、驅(qū)動(dòng)裝置、軸上附件 (如磨床砂輪、法蘭等 )及主軸箱 [40]等。 本課題的研究?jī)?nèi)容 結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，針對(duì)液體靜壓主軸系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行特性分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要研究以下幾方面的內(nèi)容： ，簡(jiǎn)化油路，進(jìn)行模塊化、集成化設(shè)計(jì)，根據(jù)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)和數(shù)值計(jì)算方法，采用有限體積法，利用 FLUENT 軟件對(duì)設(shè)計(jì)的靜壓主軸系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，分析靜壓徑向軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)主軸系統(tǒng)承載性能的影響。 ，液體靜壓主軸系統(tǒng)的性能得到很大的提高，在精密加工、高精密主軸行業(yè)應(yīng)用越來(lái)越廣，而液體靜壓軸承集成化、模塊化成為其推廣需要解決的問(wèn)題，需要對(duì)靜壓主軸系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，包括對(duì)節(jié)流器的標(biāo)準(zhǔn)化。 丁徐生、唐壽剛以功耗為目標(biāo)，剛度為約束對(duì)無(wú)周向回油液體靜壓軸承進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì) [58]。 北京化工大學(xué)葉紅玲、魏旭豪等以液體靜壓支承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為目標(biāo)使用理想點(diǎn)法進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)影響系統(tǒng)力學(xué)性能的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化 [59]。 Kadir Cavdar使用多目標(biāo)優(yōu)化方法對(duì)徑向靜壓軸承進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并編寫計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì) [16]。 J. P. Chaomleffela， D. Nicolasb對(duì)靜壓徑 向軸承進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得到軸承的壓力分布和分析了主軸轉(zhuǎn)速對(duì)軸承油腔出口和油腔壓力慣性力的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論分析結(jié)果相一致 [14]。 東北林業(yè)大學(xué)于曉東利用 CFD軟件 FLUENT對(duì)重型靜壓推力軸承的油膜壓力河南科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 6 場(chǎng)、流場(chǎng)和溫度場(chǎng)計(jì)算分析，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，得出重型推力軸承摩檫學(xué)行為和失效機(jī)理 [30]。 吉林大學(xué)劉剛利用 ANSYS APDL對(duì)球磨機(jī)靜壓軸承進(jìn)行了流體仿真計(jì)算，得到潤(rùn)滑油流經(jīng)軸承的壓力和速度的變化規(guī)律 [27]。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉雷對(duì) TK6916DA臥式數(shù)控鏜銑床液體靜壓軸承進(jìn)行理論分析，利用 CFD軟件 FLUENT計(jì)算液體靜壓軸承油膜流體的流動(dòng)特性，利用COSMOSWorks對(duì)受壓力油作 用的軸承體進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析 [23]。 蒙文等設(shè)計(jì)了一套靜壓支承的實(shí)驗(yàn)方案 , 并對(duì)其承載能力、潤(rùn)滑油壓力、油膜厚度以及潤(rùn)滑油流量進(jìn)行了測(cè)量 [18]。 郭立、勝曉敏對(duì)淺腔動(dòng)靜壓軸承進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，編制了優(yōu)化程序 [31]， 利用 FLUENT軟件分析了動(dòng)靜壓階梯腔軸承的偏心率變化時(shí)對(duì)最大壓力、最大溫升、承載力及偏位角的影響 [32]， 王磊等利用計(jì)算流體力學(xué)軟件 FLUENT分析了主軸偏心率、主軸間隙、主軸轉(zhuǎn)速對(duì)承載能力和剛度的影響 [33]， 馬濤等基于FLUENT對(duì)液體動(dòng)靜壓軸承進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了承載力和 偏心率之間的關(guān)系[34]， 崔鳳奎 ,趙魏 利用 CFX分析了球磨機(jī)靜壓軸承靜態(tài)下油膜壓力及流場(chǎng)對(duì)其承載能力的影響 [35]。 曹俊偉利用 CFD軟件 FLUENT對(duì)液體靜壓軸承油膜進(jìn)行了計(jì)算，發(fā)現(xiàn)主軸在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，油腔壓力油存在一明顯的低壓區(qū) [19]。 Narendra Singh,Satish , Reddy使用有限體積法對(duì)薄膜反饋節(jié)流動(dòng)靜壓軸承不同油腔形狀進(jìn)行了研究，對(duì)油腔形狀分布為正方形、圓形、橢圓形、三角形動(dòng)靜壓軸承進(jìn)行了理論計(jì)算， 對(duì)比分析得出油腔形狀對(duì)軸承性能有重要影響，軸承油腔形狀和節(jié)流器的合理選擇能夠得到高性能的動(dòng)靜壓軸承 [11]。 、結(jié)構(gòu)參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)對(duì)主軸系統(tǒng)性能影響的研究 ,承壓力和流量特性的影響，根據(jù)納維 — 斯托克斯方程，采用有限差分?jǐn)?shù)值方法計(jì)算了過(guò)渡角曲率為 90? 和其它角度時(shí)，分析了淺腔靜壓軸承壓力和流量特性差異 ,、圓形、三角形時(shí)對(duì)靜壓軸承油膜流場(chǎng)和壓力場(chǎng)的影響，考慮流體為層流、二維、穩(wěn)態(tài)、常粘度， Frank Horvat 使用流體計(jì)算軟件 CFDACE+分析了靜壓軸承單個(gè)油腔的深度變化對(duì)流場(chǎng)和壓力場(chǎng)的影響，并進(jìn)行了試驗(yàn)分析，得到仿真分析流場(chǎng)并和實(shí)際試驗(yàn)流場(chǎng)進(jìn)行了對(duì)比分析 , ,、圓弧形、三角形，對(duì)二維 NavierStokes方程使用有限差分法進(jìn)行求解，對(duì)軸承的流量、壓力分布進(jìn)行計(jì)算，以得到最優(yōu)的周向截面油腔形狀 [6,7,8]。 我國(guó)對(duì)靜壓技術(shù)的應(yīng)用始于上世紀(jì)五十年代后期，最早應(yīng)用在金屬切削機(jī)床上，而最早對(duì)靜壓技術(shù)進(jìn)行理論分析，可查到的文獻(xiàn)是北京航空航天大學(xué)陳燕生1980年編著的《液體靜壓支承原理設(shè)計(jì)》，這本書的計(jì)算方法是在一定假設(shè)條件下簡(jiǎn)化的工程計(jì)算方法，對(duì)支承間隙油膜壓力分布進(jìn)行了簡(jiǎn)化假設(shè)，僅適用于小位移的支承，不過(guò)簡(jiǎn)化過(guò)程簡(jiǎn)單詳細(xì)，至今工程中仍在使用；另外就是上海機(jī)床廠丁振乾 1986年編著的《流體靜壓支承設(shè)計(jì)》，簡(jiǎn)單實(shí)用，對(duì)靜壓技術(shù)的推廣應(yīng)用發(fā)揮了很大作用；目前最新的可查的靜壓技術(shù)參考書籍是鐘洪、張冠坤編著的《 液體靜壓動(dòng)靜壓軸承設(shè)計(jì)使用手冊(cè)》，內(nèi)容包括靜壓、動(dòng)靜壓軸承的設(shè)計(jì)、制造加工、動(dòng)態(tài)特性分析和在主軸、機(jī)床上的應(yīng)用增加靜壓支承技術(shù)的內(nèi)容。 因此通過(guò)對(duì)靜壓軸承進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)靜壓主軸進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，得到設(shè)計(jì)狀態(tài)良好的靜壓主軸系統(tǒng)，具有重要的理論意義和實(shí)際意義。 目前對(duì)液體靜壓主軸軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算是對(duì)軸承油膜流場(chǎng)假設(shè)和線性化簡(jiǎn)化推導(dǎo)出來(lái)的，靜壓軸承壓力油膜控制方程為 NS 偏微分方程，利用數(shù)值計(jì)算直接對(duì)其求解，對(duì)液體靜壓軸承的力學(xué)性能、油膜的速度場(chǎng)及油膜壓力場(chǎng)進(jìn)行比較全面的理論分析和數(shù)值模擬，分析各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)液體靜壓軸承特性的影響，找出最優(yōu)結(jié)果，設(shè)計(jì)出具有更高性能指標(biāo) 的液體靜壓主軸，滿足主軸在高性能條件下工作。430mm，轉(zhuǎn)速 1600r/min，承載能第 1 章 緒論 3 力 13000N，徑向跳動(dòng) 1μm，應(yīng)用在專用車床上；圖 13 右圖為重型徑向推力軸承，軸承尺寸 248。 皮帶驅(qū)動(dòng)靜壓磨削主軸，主軸轉(zhuǎn)速 03000r/min，油泵壓力 50bar，流量， VG4 噴霧型潤(rùn)滑油， 最大軸向 /徑向磨削力 2021/4000 N， 剛度砂輪 400N/?m。μm，回轉(zhuǎn)精度達(dá) [3]。 液體靜壓主軸憑借其具有的 摩擦阻力小、使用壽命長(zhǎng)、轉(zhuǎn)速范圍廣、抗振性能好、主軸回轉(zhuǎn)精度高、適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用， 液體靜壓主軸應(yīng)用范圍包括： 用于磨削加工，從超精密磨削到重型磨削，德國(guó) 海浮樂(lè) 公司(HYPROSTATIK)生產(chǎn)的靜壓磨削主軸，回轉(zhuǎn)精度最高可達(dá) ?m，磨削速度 可達(dá) 160m/s，磨削功率達(dá) 200KW，最大磨削力可達(dá) 15000N[2]。 目前高精密機(jī)床主軸應(yīng)用較多的有：滾動(dòng) 軸承主軸、靜壓 動(dòng)靜壓 軸 承主軸 、電主軸 ， 液體靜壓主軸采用液體靜壓軸承作為支承件，液體靜壓軸承依靠外部液壓供油系統(tǒng)強(qiáng)制地將潤(rùn)滑油注入產(chǎn)生壓力油膜， 用壓力油膜分隔相對(duì)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)件和支承，實(shí)現(xiàn)了全液體摩擦，具有以下優(yōu)點(diǎn)： ，無(wú)金屬之間的直接接觸，系統(tǒng)阻力僅為潤(rùn)滑油本身粘性阻力，避免了摩擦產(chǎn)生的溫升和變形，因此靜壓主軸具有高壽命（ 只要在正常使用情況下， 靜壓主軸的壽命幾乎可達(dá)十年以上免更換），且啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩接幾乎為零，達(dá)到更加省電的效果。 Numerical simulation。 關(guān) 鍵 詞： 靜壓主軸，數(shù)值求解 ，油膜特性，優(yōu)化設(shè)計(jì) 論文類型： 應(yīng)用基礎(chǔ)研究 摘要 III Subject： Analysis on the temperature distribution of the hybrid bearing in fluidliquid interaction Specialty： Machine Manufacture and Automation Name： Zhou Haobing Supervisor： Yang Jianxi ABSTRACT Machine tool spindle further to the development of highspeed, highprecision, high stiffness direction,traditional machine tool spindle can not meet the increasing demands of the mechanical parts machining accuracy,hydrostatic Spindle widely attention,especially in highprecision, highefficiency and automation machine, hydrostatic spindle applications more widely. At present, hydrostatic spindle is designed by experience, The Reynolds equation derivation involves a large number of simplifying assumptions, According to the NS equations,analysis of the impact of structural parameters on the characteristics of hydrostatic spindle is done. In this paper, the principle and characteristics of the hydrostatic spindle system is introduced, hydrostatic spindle system pensated by a membrane type is designed, the modular restrictor and hybrid journal bearing is finished. The fluid lubrication theory is based on the NavierStokes equations, putational fluid dynamics(CFD) is used as the numerical methods through the design of a hydrostatic spindle system, its characteristics analysis, parametric programming and optimization. First,describes the characteristics of the spindle system of hydrostatic support works, classification,and design a film feedback restrictor hydrostatic spindle system,including films feedback throttle module, the hydrostatic radial bearings, the hydrostatic thrust bearing and the spindle box,and its modular, integrated design, is conducive to the standardization of the hydrostatic bearing and film feedback restrictor. Then, the hydrostatic bearing spindle of hydrostatic support member a theoretical analysis, to establish the mathematical model according to the putational fluid dynamics,chosen FLUENT solver to solve it numerically,analysis of thinfilm feedback throttle hydrostatic bearing different structural parameters of its bearing properties,analyze the results, and to improve the design of the bearing, in order to 河南科