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高精度气体静压轴系刚度分析 -(2)
原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-02 原文发表时间:2007-07-03 人气:1
本文章共2701字，分2页，当前第2页，快速翻页：
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式中，C为主轴材料的弹性模量(N／mm2)，I为主轴两支承内截面平均抗弯惯性(mm4)。
由式(8)可知，除了两个气体静压轴承要求较高刚度之外，为保证轴系的刚度，在轴系设计时需进行以下考虑：(1)选择弹性模量较高的材料作为主轴材料，同时注意在冷、热加工过程中表面淬硬层的深度和硬度；(2)对主轴支承跨距2和主轴伸出长度“要进行相应的计算，文献[4][5]对此给出了计算公式。
3 实验与分析
多孔质气体静压轴承材料多选用石墨材料。石墨是六角形网格层面规则堆积的晶体，且是多孔材料。一般石墨材料孔的直径范围如下：大孔为Φ．4—2μm；过渡孔为Φ0．02—0．4μm；毛细孔为Φ1—l0nm。个别孔有时直径达100μm，在选用时要注意剔除这种材料。渗透系数入φ对气体静压轴承刚度有显著影响。渗透系数入φ主要取决于材料的透气系数φ。对于石墨这种材料，无论材料孔的直径过大或过小，都将形成复杂的气流，影响气体静压特性的稳定性。因此，依据式(2)，采用石墨材料微孔控制技术对石墨材料过大和过小的孔加以控制。
式(1)和(2)是针对气体静压止推轴承的两种数学模型。式(1)是在对多孔质轴承气膜的流场采用修正的Reynolds公式得到的，而式(2)则是采用有限元分析方法得出的。依据式(1)和式(2)对气体静压轴承刚度与相关参数进行理论分析，在此基础上，对气膜厚度和承载的关系进行了实验。试验件采用石墨材料气浮块，材料直径60mm，厚度15mm，透气系数φ选用1．2xl0-12m2，供气压力0．5MPa。图2为承载与气膜厚度试验曲线。通过对试验的曲线曲率分析，气膜厚度在15—30μm时承载为160—280N，该气体静压轴承试件的刚度为14±4N/μm。
图2 承载与气膜厚度试验
图3 刚度与主轴跨距的关系曲线
根据式（8）和文献[4][5]，对气体静压轴系的刚度进行了模拟分析，选用材料E=230x103N/mm2 ，气膜厚度为20μm，得出刚度与主轴支承跨距的关系曲线。
对主轴材料、结构、支承跨距、伸出长度和冷热加工工艺进行了分析试验。气体静压铀承材料采用石墨材料，主轴材料采用GCrl5，试制了一套轴系。主轴结构主要参数为：支承跨距l＝450mm，伸出长度a＝240mm。经试验该气体静压轴系的刚度可以达到280N／μm。此外在实际设计时，还将根据加工工艺对刚度的要求和其他技术要求进行综合设计。
4.结语
多孔质气体静压轴承具有高精度、高刚度、摩擦力小、无污染等优点，是微米级和纳米级加工和检测设备的优选轴承。本文从多孔质气体静压轴承刚度、主轴几何结构设计原则等方面论述7高精度气体静压轴系刚度的分析方法，并在工程中得到了应用。证明石墨高精度气体静压轴系不仅精度高而且刚度高。在高精度高刚度轴系方面仍有许多工作要做，如多孔质气体静压轴承新材料的研发、内装电动机的气体静压轴系标准系列化、高精度高刚度磁力气体静压轴系、先进的节流方式等，这些工作的进行将有助于精密工程制造。 ( |
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