气体轴承-转子耦合作用下离心机回转误差计算

针对精密离心机气体轴承-转子耦合系统,采用计算流体动力学方法计算径向、止推轴承的承载力;通过拟合方法获得考虑偏心和供气压力的气体轴承的承载能力非线性模型,并基于有限元法建立轴承-转子耦合作用下的动力学模型,对重力、不平衡量、非线性气膜力作用下的转子动力学进行耦合计算,得到不同偏心量下转子回转误差轨迹图。结果表明在不平衡量为3 kg·m时转子回转误差最大为1.03 μm,误差在μm级,满足10-6精密离心机的回转误差要求。     

多孔质空气静压主轴动态回转误差的影响机理分析

为了有效解决多孔质空气静压主轴回转误差在理论上无法定量精确求解的难题,提出了一种基于计算流体力学和动态网格技术的回转精度预测方法。首先根据实验测量数据分析规律采用频率和幅值相结合的方式对主轴转子的圆度误差进行几何建模,建立了不同波形、不同幅值下的几何模型。然后在FLUENT平台下利用动态网格技术,并采用瞬态分析方法同时求解N-S方程和牛顿运动定律,研究了不同波形、不同幅值下转子的X/Y向受力、速度分布、压力分布、位移轨迹的变化规律,实现圆度误差对回转误差的影响规律研究。仿真结果表明：圆度误差是影响多孔质空气静压主轴回转误差的主要因素,回转误差随着误差幅值的增加而显著恶化,偶波造成的回转误差明显低于奇波误差,随波数的增加,回转误差降低。最后搭建高精度回转误差测量实验平台,对自行研制的多孔质空气静压主轴回转误差进行测量,测得回转误差为50 nm（其中包含垂直度、圆柱度、圆度等引起的回转误差）,计算求得的圆度误差为23 nm占回转误差的46 %,得出圆度误差是影响主轴回转精度的主要因素,也验证了所采用的回转误差分析方法的有效性和准确性。     

以可控液体静压轴承补偿主轴回转误差

本文介绍了一种新型的液体静压主轴系统,此系统由主轴回转误差在线监测单元、可控液体静压轴承及微机系统组成。开发研制此主轴系统旨在直接控制主轴位置以补偿主轴回转误差。本文说明了此直接补偿方法的原理和特点。介绍了可控液体静压轴承的设计问题及在线控制补偿主轴回转误差的试验,试验结果表明这种方法是有效的,约70%的主轴回转误差被消除。     

高精度空气静压主轴组件的动态回转误差分析

为提高空气静压主轴回转精度,基于空气静压主轴的回转运动特性,采用标准球单点双向法对主轴回转误差进行测量,分析了被测主轴的回转精度,测得不同供气压力下的被测气浮主轴止推盘的承载性能以及实验气浮主轴的回转精度;对实验中产生的误差进行分析。结果表明:被测实验主轴的轴向回转精度稳定在0.5μm左右,在50 r·min~(-1)转速下径向回转精度为25～28μm。     

可控径向轴承中引入流体阻尼改善转子系统稳定性的研究

本文将流体阻尼技术引入在线调整转子—轴承系统动态特性的新型可控径向轴承中。着重研究了阻尼器及其几何参数对控制转子系统自激振荡的影响。文章给出了系统工作原理和描述系统动态特性的非线性数学模型。数值仿真试验表明：引入流体阻尼技术后，可控径向轴承能在较低的控制压力下有效地改善转子—轴承系统的稳定性；并且在确定的外部条件下，存在一组减少或消除自激振荡的最佳阻尼器参数。     

可控径向轴承中引入流体阻尼改善转子系统稳定性的研究

本文将流体阻尼技术引入在线调整转子－轴承系统动态特性的新型可控径向轴承中，着重研究了阻尼器及其几何参数参控制转子系统自激振的影响，文章给出了系统工作原理和描述系统动态特性的非线性数学模型，数值仿真试验表明：引入流体阻尼技术后，可控径向轴承能在较低的控制压力下有效地改善转子一轴承系统的稳定性；并且在确定的外部条件下，存在一减少或消除自激振荡的最佳阻尼器参数。     

周期分布压力腔的小孔节流圆形静压气体轴承静动态特性研究

利用摄动法研究了沿周向周期分布压力腔的小孔节流圆形静压气体轴承的静动态特性。通过有限差分法求解稳态雷诺方程和扰动雷诺方程,计算了轴承静承载力和静刚度及动刚度和阻尼系数,分析了扰动频率对轴承动态性能的影响,并对轴承的稳定性进行了分析。研究结果表明:扰动频率对轴承动态性能有较大影响;轴承的稳定性与气膜间隙、供气压有关,供气压越大,轴承稳定性越差,随着气膜间隙增大,稳定性先减弱后增强。     

静压高速精镗头的试验研究

本文介绍了在自行设计的静压高速精镗头上所进行的一系列试验研究及部分结果,包括主轴静刚度、主轴动态回转精度、振动及切削加工等性能试验。在不同条件下获得了若干主轴回转误差曲线的照片,并据此进行了主轴回转误差的评定、分析和比较。分析表明,除静压轴承本身的精度和刚度外,卸荷机构的布置以及该机构中滚动轴承引起的振动将使主轴回转误差曲线中出现一高频谐波分量,使被加工表面几何形状误差分布范围扩大。镗捍自激振动和刀具重磨质量对加工表面光洁度有直接影响。     

电磁轴承阻尼上限的动态特性分析

为了研究电磁轴承系统的高频稳定性问题,需要研究电磁轴承阻尼的动态特性.以单自由度系统中力和刚度、阻尼的基本力学方程为基础,忽略电气系统的影响,推导了在一定的振动幅值下,电磁轴承最大阻尼随转子振动频率增加而变化的关系,结果表明,电磁轴承能够提供的阻尼随着转子转速或振动频率的增加而迅速减小.这在研究高速转子稳定性问题时应给予足够的重视.     

超高速磨削实验台主轴系统的精密调整

简述了超高速磨削的概况。对自行研制的超高速实验磨床的主轴径向间隙与轴向间隙、主轴加工精度和表面粗糙度以及轴承供油系统进行了合理的调整。适当加大轴向间隙和径向间隙,且后轴承径向间隙略大于前轴承径向间隙,可保证主轴在超高速运转时正常工作,减少振动,防止抱轴。采用工艺轴刮研轴承获得均匀的径向间隙。超高速磨床主轴与动静压轴承之间相对滑动速度较高,选用粘度较小的L-FD2主轴油,可使主轴得到良好的润滑,减少发热量。提高主轴的加工精度和降低表面粗糙度,可提高主轴的旋转精度和减少主轴的磨损。试验证明合理的选择主轴径向间隙和轴向间隙是改装超高速磨床的关键技术之一。     

支承磁悬浮轴承的径向磁流变阻尼器设计

转子振动时其频响函数是其刚度和阻尼的函数,调节合适的刚度和阻尼,可以抑制转子振动.针对磁悬浮轴承对转子振动抑制能力差的缺点,设计了一种径向磁流变阻尼器.用这种阻尼器支承的磁悬浮轴承转子系统,通过控制磁流变阻尼器线圈中的电流来改变整个转子系统的支承刚度和阻尼,抑制转子高速时的振动.采用ANSYS对整个支承系统的电磁场进行仿真,验证及改进所设计的磁流变阻尼器.     

磁悬浮飞轮转子不平衡力非线性抑制研究

磁悬浮飞轮转子由于其转子动力学特性所固有的强陀螺耦合效应,在干扰力作用下进动和章动2种涡动模态运动如果得不到有效的控制,会导致系统失稳。针对这一问题,提出了一种径向磁轴承的非线性控制方案,该方案把转子不平衡产生的不平衡力和不平衡力矩当作一种非线性干扰,对不平衡扰动力作用下的磁轴承-转子系统进行建模,设计了基于BP神经网络的非线性控制器,通过磁轴承电磁力对其进行抑制。仿真结果表明：设计的非线性控制器有效地实现了对不平衡扰动的补偿,提高了飞轮的失稳转速。     

Active vibration control of spindle in ultra-precision turning machine

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精密离心机气体静压轴承刚度测试新方法研究

为了获得精密离心机气体静压轴承刚度高精度的测试结果，在离心机主轴轴线的某一平面内放置两个电容测微仪，测试主轴几何轴线的径向位移。通过离心机上下两个校正面的动平衡执行机构，分别设置一个静不平衡与一个偶不平衡。分析电容测微仪输出的振动矢量，建立以气体静压轴承刚度为未知量的离心机转子的力矩方程。应用计算机，从设置静不平衡与偶不平衡、数据的采集到数据处理，实现精密离心机气体静压轴承刚度在线自动测试。该方法大大地提高了气体静压轴承刚度的测试精度与测试效率。     

磁悬浮轴承磨床电主轴中拍振现象的分析

为减小拍振现象对高速精密磨床电主轴加工精度的影响,利用磁悬浮轴承自身的传感器及数字信号处理部件,在不外加其他设备的情况下对电主轴中的拍振进行了观察实测。通过时域、频域分析以及小波变换,提取振动信号的特征,经分析发现拍振现象是由转子机械不平衡以及转子动态偏心共同引起的。在磁悬浮轴承电主轴拍振机理的分析基础上,通过磁悬浮轴承系统的主动控制调节主轴动态特性,有针对性地对拍振现象进行抑制,可以有效改善高速精密磨床磁悬浮电主轴系统的稳定性和精密度。     

基于传递矩阵与有限元法对陶瓷电主轴转子动态特性的分析

目的求解170SD30-SY无内圈陶瓷电主轴转子的固有频率,分析转子动态特性．方法利用Prohl传递矩阵法、有限元法对陶瓷电主轴转子进行了固有频率的计算和仿真分析,并绘制位移与频率、刚度与频率曲线,对陶瓷电主轴转子动态特性进行分析．结果通过Prohl传递矩阵法求解的结果与有限元仿真结果对比,固有频率误差最大为12％,有限元分析得出转子前四阶振型,主轴前端振动范围及刚度与固有频率的变化趋势,从而便于研究预紧与振动之间的关系．结论通过计算与仿真验证,证实两种方法的可行性及有限元法便于求解分析,得出陶瓷电主轴的固有频率高于普通钢轴,增加刚度有利于固有频率的提高,为陶瓷电主轴转子的动态特性分析提供充分依据．     

被动式电磁阻尼器在线消除油膜振荡研究

采用非线性稳态短轴承模型,以多自由度转子系统为研究对象,运用模态降阶和变步长的Newmark积分方法,对油膜振荡的各种影响因素、轴颈的涡动轨迹、频谱进行了计算分析.计算结果表明,增加外阻尼可以消除复杂的轴心轨迹以及降低半频涡动的峰值.在理论分析的基础上提出了通过增加电磁阻尼在线消除油膜振荡的方法.在一个带有六圆盘的实验台上进行了实验研究,给被动式电磁阻尼器施加电流,油膜振荡消除,关掉电源,油膜振荡又出现.阻尼器安装在轴的外伸端,无需改变机器结构,且不影响机器的正常运行.     

单跨转子轴承系统非线性振动分析

基于Muszynska柔性转子动力学模型，采用主从系统耦合振动的观点，将转盘的振动看成是主振动，导出了转子非线性振动的近似模型，对转子系统的涡动与振荡等力学现象和动力稳定性进行了研究。分析了各个力学参数对转子系统动力学行为的影响。得到了转子系统运动的Hopf分叉图和模拟系统升速过程的幅频特性曲线。