超精气磁轴承主轴系统的结构设计与控制

利用主动磁轴承来提高气体轴承回转精度,实现主轴回转精度的提高.基于该理论,设计了超精气磁轴承主轴系统结构,对主轴系统进行了动力学建模,并对控制系统进行了分析.     

气体静压轴承与主动磁轴承混合支撑轴系结构设计及静态性能研究

针对由气体静压轴承作为支撑的气浮精密主轴存在承载力相对较小及可控性不高的问题,结合带有周向微通槽的气体静压轴承与基于增量式PID控制的主动磁轴承,设计一款气磁混合支撑主轴。为提高小孔节流气体静压轴承的承载力,将气体静压轴承内表面的稳压室用矩形、三角形、半圆形截面动压微通槽相连通,通过FLUENT仿真分析3种截面动压微通槽对轴承承载能力的影响;以主轴的回转精度为衡量标准,在Matlab Simulink中仿真分析增量式PID控制的主动磁轴承的性能。结果表明:3种截面动压微通槽能有效提高气体静压轴承的承载能力,其中同等条件下矩形截面效果最好,可使轴承的承载力提高54%;基于增量式PID控制的主动磁轴承能够有效提高主轴的稳态响应速度及回转精度,使其在启动40 s后保持0.2μm的回转精度。     

精密离心机结构安装误差对主轴回转精度的影响

针对精密离心机的精度控制,建立了精密离心机结构安装误差对静压气体轴承主轴回转精度影响的定量计算模型,运用该模型开展了多方面结构安装误差参量对主轴回转精度影响规律的研究。研究表明主轴回转误差随转盘与静压气体轴承轴线间偏心量、静压气体轴承轴线铅垂度安装误差和转盘与静压气体轴承轴线安装垂直度误差的增加而增大,其中偏心量和垂直度误差对主轴回转误差的影响较大,铅垂度误差对主轴回转误差的影响较小。研究可为精密离心机的设计提供帮助。     

超精气磁轴承混合轴系的研究

提出一种提高轴系回转精度的方法，即气体轴承作为主要承载元件，由磁轴承修正气体轴承的误差和外界干扰的影响，达到超高精度，介绍了试验方案和试验结果。将气体轴承轴系的原有（磁轴承未工作）的径向振摆从0.25um，提高到（磁轴承工作后）0.04um左右。     

纳米级气体静压轴承回转误差测控系统软件开发

基于研制的纳米级气体静压轴承回转误差测试平台,采用C++与Matlab混合编程的方式,设计开发出纳米级气体静压轴承回转误差测控系统软件。该软件可实现运动控制、数据采集、数据处理及结果显示等功能。同时,该软件设计了一种角度误差控制方法,减小了在数据采集过程中引入的角度误差,从而得到了较为准确的主轴回转误差。调试结果表明,测控软件的功能合理,满足主轴回转误差测试精度和技术指标要求,采样角度误差可以控制在±0.01°以内,分离出的标准球圆度误差与标称值（36 nm）的相对误差低于6%。     

液体静压电主轴回转精度测量与结果分析

为解决高精密液体静压电主轴回转误差难以精密测量与分离的问题,提出了一种主轴回转精度测量与分析的新方法。以液体静压电主轴为测量对象,设计一套以电容微位移传感器为基础,以VC++和Matlab为软件平台的主轴回转误差测量系统,采用自为基准原理,以机床精车后的工件代替传统的检验棒进行直接测量,利用频域三点误差分离法,对主轴回转误差和圆度误差进行测量与分析。实验表明该系统能对高精密主轴回转误差进行测量,在转速(0⁶00)r/min范围内,该主轴的回转误差为0.28μm。     

气体静压轴承设计及关键零件加工工艺研究

气体静压主轴广泛地应用于精密、超精密机床设备中,其核心零件的加工精度是主轴性能优劣的重要影响因素。本文以自主设计的气体静压止推轴承为例,分析了典型制造误差对轴承承载力及刚度等性能的影响,以误差分析结果为基础给出静止推板的设计精度。对于亚微米精度要求的静止推板,针对其装夹微变形问题,提出了变形误差补偿车削原理,即在机床上按吸附变形误差的反误差进行加工,使静止推板在去除真空吸附后的自由状态下能达到高的面形精度。对188 mm的静止推板圆环面进行了补偿加工实验,面形误差快速收敛到1μm以下,达到了高精度的加工要求。     

精密主轴回转误差和刚度测试技术研究

采用三点法误差分离技术计算主轴回转误差时,为提高误差分离的精度,需要尽量降低信号中系统噪声的影响.通过比较不同滤波方法的效果,提出了集合平均和小波阈值去噪组合方法,提高了同步误差的分离精度;通过单独测量系统噪声标准差,并利用异步误差和噪声分别服从正态分布的特点,提出了提高异步误差分离精度的方法.对于精密主轴刚度测试,根据其轻载高速的特点,提出了采用部分瓦气体静压轴承技术给被测主轴加载的方法,并开发了具有5自由度自适应调节功能的非接触加载器,验证了该方法的有效性.     

几何形误差对气体静压圆柱轴承运动精度的影响

几何形误差是影响气体静压圆柱轴承运动精度的主要因素之一。本文从理论上研究了气体轴承副零件因加工过程中形成的几何形误差对气体静压圆柱轴承运动精度的影响,并且,对轴颈具有加工误差时气体静压圆柱轴承的运动精度进行了研究,给出了轴颈的几何形误差与轴承运动精度关系的表达式,为轴承运动精度的理论分析提供了可靠的依据。     

高精度主轴回转精度的测试与研究

通过对锯齿形多槽式动静压气体润滑轴承［１］主轴回转精度的实验研究，采取一定的测试方法和分析手段，找出了产生回转误差的主要原因，提出了进一步提高回转精度的有效措施。     

轴承沟道形状误差的最小二乘评定

结合轴承沟道形状误差的几何特性,提出了轴承沟道形状误差的最小二乘评定,详细阐述了利用最小二乘算法求解轴承沟道形状误差的过程和步骤。该算法采用最小二乘法拟合每条线轮廓的中心,得到一个空间圆及方程;求解空间圆与每条线轮廓所在平面的交点坐标;计算每条线轮廓上测点至所对应的每个交点的距离中最大值和最小值之差,从中找到最大极差值,即得到包容整个轴承沟道的最小二乘形状误差值。该算法简单明确,具有精度高、易于计算机程序实现、易于推广应用等特点。     

轴承误差分布式在线检测系统的研究

针对目前轴承误差测量的局限性,研制开发了一种基于电子技术的轴承在线检测系统。该系统由一台上位机和多台下位机组成分布式结构,主要用于轴承零件加工过程中的质量检测,同时具有基于检测结果统计分析的质量管理功能。实际应用表明了该系统的有效性和实用价值。     

气体静压轴系径向回转误差均化机理的研究

为分析气体静压轴系的误差均化机理 ,将气体静压轴系径向节流孔所在截面简化为平面汇交力系 ,与边界约束条件一起构成误差方程 ,并据此求解了典型条件下的误差均化系数 ,为进一步建立精确的数学模型和仿真分析提供了必要基础。     

降低电磁轴承系统中位置测量误差方法

在电磁轴承系统中，位置测量误差直接影响着系统性能。通过采用最小二乘原理设计了位移测量误差加权校正公式FKS3／5，该公式在电磁轴承系统动态测量过程中满足了系统对实时性要求，提高了位移测量精度。仿真分析表明，该算法有效地降低了系统位置测量误差，提高了系统动态性能。     

形状误差对内燃机主轴承润滑性能的影响

基于平均流量模型的广义Reynolds方程,推导考虑轴承形状误差的综合油膜厚度表达式;针对内燃机主轴承,建立其润滑分析计算模型,研究轴颈和轴瓦上的直线度误差和圆度误差对主轴承润滑性能的影响。结果表明:同种误差类型不同的素线线型影响差异较大,相较理想轴颈,都使得油膜压力增加,最小油膜厚度减小,摩擦损失功增加,其中线形峰值影响显著,线形对称性有利于改善轴颈倾斜;轴颈和轴瓦形状误差对润滑性能存在耦合的作用,其两者形状误差线形方向的差异使得部分地方油膜厚度出现增加或减小的情况;不同工况下形状误差对润滑性能的影响差异较大,随着转速的增加形状误差影响润滑性能程度加剧,最大油膜压力增加,最小油膜厚度减小,摩擦损失总功增大。     

滚动轴承摩擦力矩动态误差的实验研究

以测量滚动轴承摩擦办矩试验装置的结构为实例,研究了测量误差,分析了试验装置的某些参数对误差的影响,提出了减少误差的途径.     

机械加工误差对主动磁悬浮轴承性能的影响

针对5自由度主动磁悬浮轴承,分析了每种误差类型对主动磁悬浮轴承工作状态的影响机理及特征;定量分析了机械加工误差、系统设计参数和径向磁悬浮轴承线圈干扰电流之间的关系。研究结果表明,机械加工误差会导致径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承相互耦合,增加系统控制难度;同时会导致径向磁悬浮轴承励磁线圈中附加干扰电流,降低径向磁悬浮轴承的有效载荷;通过分析径向磁悬浮轴承励磁线圈中的干扰电流的特征可以推断系统的误差形式,从而采取相应的措施进行改善。研究结果为更合理地确定主动磁悬浮轴承的设计参数、分析主动磁悬浮轴承系统的装配误差、提高主动磁悬浮轴承的性能提供了理论依据。     

关节轴承寿命试验机在线磨损量检测综合误差建模

为了提升关节轴承寿命试验机在线磨损量检测的精度,以自制的关节轴承寿命试验机为研究对象,对寿命试验机磨损量检测系统进行了分析和建模。介绍了关节轴承磨损量在线检测原理,分析了影响磨损量检测精度的误差因素。然后以多体系统运动学理论为基础,建立了关节轴承寿命试验机磨损量检测系统综合误差模型。通过实验检测得到磨损量检测系统由于载荷变化而产生的磨损量检测误差(简称载荷误差),并依据上述实验参数,采用有限元仿真的方法对载荷误差实验工况下的综合误差模型进行了验证。实验与计算结果表明,实验值与计算值最大相差0.028mm,除基准值外两者最小误差为0.012mm。计算值与实验值较为接近,验证了此工况条件下多体综合误差模型的正确性。     

滑动轴承形貌误差对其润滑特性的影响

为探索轴颈圆度、圆柱度误差对轴承润滑性能的影响机制,建立轴颈存在圆度、圆柱度误差的径向轴承模型,推导对应误差下的轴承液膜间隙函数,并分别研究轴颈圆度、圆柱度误差对润滑性能以及承载能力的影响机制。研究表明:轴颈圆度、圆柱度误差会导致轴承液膜润滑特性下降,并引起轴承的承载力和摩擦力出现周期性的波动,进而影响轴承的回转精度和轴系运行平稳性;重载情况下轴颈圆度、圆柱度误差对轴承润滑性能的影响更加显著,甚至会导致液膜破裂,轴承失效。     

宽温域向心关节轴承径向游隙试验研究

针对宽温域向心关节轴承径向游隙测量存在的宽温域测量研究少,无测量误差补偿,环境箱使用不标准,位移点测量单一等主要问题,提出了一种降低径向游隙测量误差的测量方法,研制开发了宽温域向心关节轴承试验机,通过多温度阶段自润滑关节轴承径向游隙测量验证了试验机设计的合理性及测量方法的有效性。