微孔节流气体静压止推轴承的特性研究
高速精密机床是加工机械产品的主要工具,其性能的优劣直接决定着机械产品的质量,而精密机床的核心部件是电主轴。

在电主轴的支撑方式中,气体静压轴承随着流体润滑理论以及流体力学的发展和完善,其承载力和刚度得到提高,可
以满足精密加工的需要,因此成为精密加工设备和测试设备主轴中的主要支撑方式。

本文结合现有的狭缝节流器及孔式节流器的优缺点,提出一种微孔节流器,
它属于孔式节流的范畴,但突破了传统小孔节流器的结构形式,在节流孔的出口
处不设置气腔,均为通孔,同时结合了狭缝节流器的节流特性,在保证轴承刚度的基础上,增加供气孔数量,改善压力分布状态,进而提高轴承的特性。

根据小孔节流和环面节流的物理模型,建立微孔节流的物理模型。

依据气体轴承理论中的的雷诺方程,N-S方程、流体力学的运动方程、状态
方程以及连续方程等推导出求解微孔节流气体静压止推轴承的动静态特性的数
学方程,并利用有限差分法对推导的微孔节流气体静压止推轴承的静态方程进行差分,并利用MATLAB进行编程求解。

根据微孔节流气体静压止推轴承的物理模型,利用Solidworks软件、Gambit软件以及ICEM CFD软件等对微孔节流气体静压
止推轴承进行仿真模型的建立、网格的划分,并利用Fluent软件对模型进行求解。

利用上述两种方法对轴承的供气压力、气膜厚度、供气孔数目、无量纲供气孔分布半径以及供气孔直径等对轴承的动、静态特性的影响规律进行研究,并对微孔节流气体静压止推轴承与狭缝节流、小孔节流以及环面节流气体静压止推轴承在相同的工作参数和结构参数的静态特下性进行对比分析,最后利用正交试验法和灰色理论对微孔节流气体静压止推轴承进行优化。

根据仿真优化结果,设计、加工并制造微孔节流气体静压止推轴承,并用精密测量仪器对加工的轴承进行关键结构的测量,设计并搭建气体轴承动静态特性实验平台,在实验平台对轴承的静
态特性,包括轴承的静承载力、静刚度和轴承的动态特性,包括轴承模态、稳定性进行实验分析。

通过对微孔节流气体静压止推轴承的动静态特性的仿真与实验研究,为气体静压止推轴承的研究提供理论和实验基础。