挤压油膜阻尼器对深孔加工直线度的影响

深孔直线度误差是深孔钻削加工中的技术难题。为了提高深孔直线度和降低废品率,基于挤压油膜阻尼的工作原理设计了一种新型挤压油膜阻尼器,用于抑制深孔机床钻杆因转速过大造成的失稳。重点介绍了新型挤压油膜阻尼器的工作原理和系统动力学模型,并通过MATLAB仿真分析及试验验证,证实了新型挤压油膜阻尼器能够有效控制深孔的直线度误差。     

BTA深孔钻杆系统切削液液膜压力的分布特性

研究深孔钻杆系统中非线性流体力的分布特性。采用有限差分法求解非线性流体力控制方程,分析偏心率、长径比、涡动速度和振动速度对非线性流体力分布的影响。研究结果表明:非线性流体力随着偏心率的增大而增大,而随着长径比的增大变化不明显,尤其是对于大的长径比;随着正向涡动速度的增大,收敛区的非线性体力而增大,发散区的非线性流体力减小,而反向涡动速度对非线性体力的影响规律恰好相反;非线性流体力随着正向振动速度的增大而增大,随反向振动速度的增大而减小,此外,在最小间隙处的压力因振动速度的改变而出现极值,从而导致收敛区和发散区压力分布的反对称特性消失。     

考虑涡动工况的高速滚动轴承打滑失效分析

打滑蹭伤是高速轻载滚动轴承经常发生的故障。在滚动轴承支承的高速转子系统中,常采用挤压油膜阻尼器(Squeeze film damper,SFD)来降低转子在超过临界转速时所产生的振动和噪声。挤压油膜阻尼器的存在对滚动轴承的打滑蹭伤必会产生影响,需要深入分析其影响机理以保障系统工作的可靠性。SFD通常是利用轴承在SFD结构中涡动来衰减振动。在基于轴承涡动轨迹假设基础上,建立涡动工况下的轴承滚动体运动学及动力学模型,分析不同外载荷、涡动半径、涡动频率等因素对轴承打滑的影响机理,完成挤压油膜阻尼器轴承的打滑失效分析。结果表明,在挤压油膜阻尼器轴承中,涡动的存在会对轴承的打滑产生不利影响;涡动的存在使得轴承的最小膜厚随时间振荡;增大外载荷、减小涡动频率和涡动半径都能改善轴承的运行工况。     

BTA深孔钻杆的涡动研究

对BTA深孔钻杆在加工过程中的涡动问题进行研究。分析了在切削液作用下BTA钻杆与内孔接触与非接触时的钻杆受力情况,得到钻杆在涡动面上的运动平衡方程,推导出钻杆发生涡动的理论涡动点和钻杆脱离内孔的理论阀值点。总结出钻杆因不平衡量作用时产生的偏心距小于理论涡动点时,钻杆不会产生涡动,即使存在最终也会因切削液流体力作用而消失;同时涡动角频率的绝对值小于理论阀值时,钻杆会脱离孔壁,而涡动角频率达到阀值后,钻杆运动就可能发展成为沿孔壁反向滚动的定常涡动。所得结论对BTA深孔加工的动态稳定性研究,尤其是对钻杆扰动和偏心现象的研究,具有理论和实际意义。     

振动切削深孔加工初始偏差对孔直线度误差的影响

构建了振动切削深孔加工钻杆在轴向振动、振动切削力和切削液流体力影响下的多跨动力学有限元模型。引入自由模态综合技术,将钻杆线性自由度的特征模态进行缩减,仅保留具有非线性动力特征的模态,从而可有效降低耦合系统自由度数,减小计算量。利用该缩减后的模型,研究了辅助支撑位置和加工深度与孔直线度误差的作用关系,获得了孔直线度随初始偏差量变化的规律,为大跨度振动切削深孔加工机床的精度设计和加工误差分析提供了依据。通过试验与数值计算结果的对比,验证了所提出方法的有效性与准确性。     

深孔加工中浮动环的液力纠偏研究

针对深孔钻削加工过程中钻杆易偏心、切削液对钻杆作用力的研究现状,利用流体力学理论和液体动压润滑原理,分析了深孔加工过程中浮动环对于钻杆纠偏的作用机理。对带有浮动环的BTA深孔加工钻削系统建立数学模型,对油膜厚度的表达式进行推导,并进一步推导了浮动环产生的油膜压力的表达式。利用数值算法对油膜压力进行近似求解,利用Fluent软件对带有浮动环的BTA钻杆系统进行流体仿真分析。研究结果表明:浮动环以一定的转速旋转,形成楔形油膜对钻杆具有纠偏作用。     

高速高压下的密封装置在深孔钻床上的应用

机械密封装置中以旋转件的密封最为复杂,尤其在高速高压条件下更为困难。本人提供的密封装置(见图1)是联接在驱动钻杆旋转的钻杆箱主轴的后端上,为满足最高转速为8000r/min,冷却液最高压力为10MPa,加工Φ3mm 深孔的设计要求,需要考虑冷却液通过旋转的主轴孔向切削区流动的情况下,在补偿动环9和非补偿静环10之间的相对滑动上,产生并保持一种弹性油膜构成的密封接合。除此之外,补偿动     

枪钻加工工艺参数对喷油器体中孔加工质量的影响

针对目前对枪钻钻削深孔工艺参数的设置无理论依据,为研究工艺参数对喷油器体中孔钻削质量的影响,以提高深孔加工的质量,通过单因素实验法分别研究分析切削速度、进给速度、油压等工艺参数对深孔的直线度、圆度和孔平行度以及孔径偏差的影响规律。加工结果分析表明:随着切削速度的增加,直线度误差呈减小趋势,圆度和孔平行度误差呈现先减小后增大趋势,孔径偏差呈上升趋势。随着进给速度的增大,直线度呈现V形波动上升,但增幅不大,圆度误差呈下降趋势,孔平行度呈上升趋势,当进给速度为60 mm/min时,孔径偏差最小,孔径尺寸与刀具最稳合。深孔直线度误差随着切削液油压增大而增大,圆度误差随着油压的增大呈现先减小后增大的趋势,油压为12.5 MPa时,圆度误差最小;孔平行度和孔径偏差都呈现先减小后增大的趋势,在油压为11~12.5 MPa时,误差较小。     

BTA深孔加工中流体力引起的钻杆涡动的研究

分析了BTA深孔加工中钻杆和工件内孔壁间由于切削液的存在而引起的旋转钻杆涡动问题。首先以非线性形式给出了钻杆旋转时受到的切削液反作用力,然后建立了有流体力作用时钻杆运动的数学模型,分析了切削液引起的钻杆涡动和失稳的力学机理与条件,证明了失稳的主要原因是自激振动,而激振力引起的次谐振是次要原因。通过分析失稳与钻杆运动参数的关系,得出了对生产实践有指导意义的切削用量选择准则,理论分析结果与实际生产中使用的数据一致。     

磨削区磨料流体动压力仿真研究

根据Navier-Stokes方程和流体流动的连续性方程,建立了砂轮约束磨粒喷射精密光整加工中砂轮/工件楔形接触区磨料流体动压力的数学模型;进行了砂轮速度、砂轮/工件平均最小间隙以及砂轮直径对楔形区磨料流体动压力影响的仿真研究。结果表明,流体动压力随砂轮速度的提高和平均最小间隙的降低而增加,最大压力峰值发生在砂轮与工件平均最小间隙区域,且在该区域压力梯度变化明显;除了在砂轮宽度边缘产生侧泄外,在砂轮宽度方向流体动压力分布规律相同;随着砂轮与工件之间平均最小间隙的减小,动压力峰值区域曲线变窄,砂轮直径对流体动压力影响不明显。     

基于干式摩擦的深孔加工圆度优化方法分析

为解决枪钻在深孔加工过程中经常出现的圆度误差问题,根据枪钻深孔加工系统的结构以及圆度误差形成机理,设计了一种基于干式摩擦的涡动抑制装置,深入分析了该装置的减振机理和建立了系统理论模型。通过对减振装置模型进行数值计算分析与试验研究,得出在有干式摩擦阻尼器时刀具涡动幅值更低;通过对比圆度形貌在不同幅值大小时孔的圆度误差,得到的孔圆度误差更小,从而证明了干式摩擦阻尼器可以有效降低圆度误差,验证了所设计装置的可行性和所建立的理论模型的正确性。     

基于枪钻的超深孔直线度误差分析与试验研究

由于深孔加工朝着长径比、高直线度等方面发展,所以对深孔直线度误差作进一步研究有一定的现实意义。从枪钻加工过程中的初始偏移量、导向套与枪钻间隙值、枪钻系统偏心三个方面,对枪钻深孔加工直线度误差产生的机理进行分析研究,并结合理论分析,提出了降低和控制深孔直线度误差的方法。通过对某批超深孔工件的试验,验证了所设计组合式导向套在改善深孔直线度误差方面的作用,并通过对导向条进行合适的刃磨,可缩小直线度误差的波动范围。     

BTA钻杆涡动数学建模及实验研究

对深孔加工中的钻杆-工件模型进行分析,基于高压切削油对钻杆涡动的影响,考虑动压润滑力,建立钻杆-工件数学模型,并对其求解。设计电涡流位移传感器测量钻杆横向位移实验,运用MATLAB对测得的数据进行钻杆中心轨迹及横向位移图绘制。对比系统频率模型计算值与实验测得值,验证了数学模型的准确性,对钻杆系统的涡动控制的研究具有实际意义。     

挤压油膜阻尼器试验台设计和试验分析

设计制造了一个挤压油膜阻尼器（SFD）试验台,介绍了试验台原理和试验方法,试验分析了承受径向振动载荷的（SFD）长轴承模型的性能,提出了（SFD）同步频率响应设计准则。试验结果显示：油膜雷诺数影响压力响应的频率。     

浮环式挤压油膜阻尼器减振机理研究

从广义雷诺方程出发,推导了浮环式挤压油膜阻尼器(FSFD)内、外层油膜的稳态雷诺方程。根据文中的理论模型,基于有限差分法编写了计算程序,研究分析了结构参数对FSFD动力特性的影响。研究表明:与传统SFD比较,FSFD改善了油膜力的非线性;相同条件下,FSFD内层油膜力要大于外层油膜力,内、外层油膜力都随油膜宽度的增大而增大,随油膜间隙的增大而减小;在结构参数一定的情况下,FSFD抑制突加不平衡的能力要强于传统SFD。     

压电传感技术在深孔钻杆涡动控制中的应用研究

对深孔加工中钻杆涡动失稳的控制方法进行了研究,对钻杆的受力情况及运动形式进行了分析。基于模糊控制理论方法,结合压电传感技术,提出一种钻杆涡动的横向位移的控制方法。并对控制方法进行了试验验证,试验结果表明了压电主动控制方法的合理性,对钻杆系统的涡动控制的研究具有实际意义。     

单晶硅自由磨料线锯切片过程中的流体动压效应

基于流体动压理论,研究了单晶硅自由磨料线锯切片过程中的流体动压效应。通过自柔顺系数来体现锯丝各节点受径向力作用下所产生位移的差异,并以此建立了油膜厚度方程。运用有限差分法求解二维Reynolds方程,得到了流体动压力及膜厚的分布曲线。分析讨论了工况参数对最小油膜厚度的影响,表明最小油膜厚度随着走丝速度及研磨液粘度的增加而增加,随着锯丝转角的增加而减小。     

双矩形腔静压推力轴承内部流场动态分析

以Q1-205型双矩形腔静压推力轴承为研究对象,采用理论分析、动态仿真和实验测试相结合的研究方法,针对6种入口流速和3种工作转速工况油膜厚度变化对静压轴承的速度场、涡度及压力场进行了分析。采用动网格技术得出不同工况参数下膜厚与封油边流量、涡度、油膜压力关系曲线,揭示了油膜性能动态变化规律。研究发现,油腔内的低速区和高涡度区集中分布于逆流侧封油边处,且油膜厚度越小集中现象越显著,随着入口流速增大,油腔压力升高,低膜厚下高速时由于压力损失严重使得腔内压力随工作转速的增加而有所减少。     

深孔加工孔轴线偏斜的分析与研究

针对深孔加工孔轴线偏斜问题,从加工方式、导向套装配偏差以及导向套与钻头的配合间隙三个方面进行了研究和分析,分别介绍了这些因素对深孔轴线直线度产生影响的机理。建立了钻杆钻头系统模型,使用ANSYS软件分析了导向套装配偏差对钻头预钻倾角的影响。研究表明通过选择合理的加工方式、提高导向套装配精度、加长钻杆夹持长度、减小导向套与钻头的配合间隙等方式,都能很好地控制加工过程中钻头的走偏,减小孔轴线偏斜,降低产品报废率。     

深孔刀具液力自定心、自导向、自纠偏研究

针对深孔加工刀具系统长径比大、刚度差,易走偏且孔偏难以观察、纠正的问题,提出借鉴动压滑动轴承的工作原理,利用液体的楔效应,使深孔刀具可以自定心、自导向、自纠偏。新原理中设置有楔形体,楔形体与已加工深孔形成楔形油膜,楔形油膜支撑、定位、导向刀具,自动实时纠正深孔刀具的偏斜。新原理与现有深孔刀具具有相容性,可用于对称刀具和非对称刀具。楔形体的存在不影响切削液的供应。采用新的加工方法,所加工深孔的壁厚差减小,深孔其它精度优于现有加工方法,较好地保证了深孔直线度和形状位置精度。