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机床主轴静压气体止推轴承静态特性随参数变化规律研究

丁泊遥 张建波

丁泊遥, 张建波. 机床主轴静压气体止推轴承静态特性随参数变化规律研究[J]. 制造技术与机床, 2024, (2): 18-23. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.002
引用本文: 丁泊遥, 张建波. 机床主轴静压气体止推轴承静态特性随参数变化规律研究[J]. 制造技术与机床, 2024, (2): 18-23. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.002
DING Boyao, ZHANG Jianbo. The research on the steady characteristics of aerostatic thrust bearing for machine tool spindles with different parameters[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (2): 18-23. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.002
Citation: DING Boyao, ZHANG Jianbo. The research on the steady characteristics of aerostatic thrust bearing for machine tool spindles with different parameters[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (2): 18-23. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.002

机床主轴静压气体止推轴承静态特性随参数变化规律研究

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.002
详细信息
    作者简介:

    丁泊遥,男,1990年生,硕士研究生,工程师,主要从事机械制造及工程项目管理工作,已发表论文3篇。E-mail:dingboyao@gt.cn

    通讯作者:

    张建波,男,1990年出生,博士研究生,高级工程师,主要研究方向为轴承-转子动力学,已发表论文20余篇。E-mail:zhangjian1990bo@163.com

  • 中图分类号: V231.96,TH133.37

The research on the steady characteristics of aerostatic thrust bearing for machine tool spindles with different parameters

  • 摘要: 超精密机床主轴一般采用静压气体轴承支承。文章应用大型商业计算流体软件Fluent,并结合MATLAB神经网络拟合工具箱,训练拟合出不同参数与轴承承载力及入流质量流量的映射关系函数,基于此,研究了不同参数对单节流孔圆形静压气体止推轴承静态特性影响的规律。首先,将计算的压力分布与文献中的实验数据进行对比,来验证计算模型与边界的正确性;然后,采用MATLAB神经网络拟合工具箱,训练拟合出轴承半径、节流孔孔径、气膜厚度和外界供气压力与轴承承载力及入流质量流量的映射关系函数;最后,研究了静压气体止推轴承外部供气结构对轴承压力分布的影响;气膜厚度、节流孔直径和供气压力对轴承承载力及入流质量流量的影响。结果表明:外部供气结构对轴承压力没有明显的影响;气膜厚度减少、孔径和外界供气压力的增大会增大轴承的承载力;气膜厚度、孔径和外界供气压力的增大都会增大入流质量流量。

     

  • 图  1  单节流孔环形静压气体止推轴承示意图

    图  2  单节流孔环形静压气体止推轴承网格划分

    图  3  CFD的层流、湍流解与文献[22]中的实验测量数据比较

    图  4  供气孔外部结构对轴承压力分布的影响

    图  5  三层神经网络示意图

    图  6  轴承承载力拟合神经网络误差直方图

    图  7  轴承承载力拟合神经网络回归R值图

    图  8  入流质量流量拟合神经网络误差直方图

    图  9  入流质量流量拟合神经网络回归R值图

    图  10  供气压力和膜厚对轴承承载力的影响

    图  11  供气压力和膜厚对轴承入流质量流量的影响

    图  12  节流孔径和膜厚对轴承承载力的影响

    图  13  节流孔径和膜厚对轴承入流质量流量的影响

    表  1  Fluent的层流模型、湍流模型计算的承载力和质量流量的结果对比

    膜厚/
    μm
    承载力/N 质量流量/($ \mathrm{k}\mathrm{g}/\mathrm{s} $)
    层流
    模型
    湍流
    模型
    相对误
    差/(%)
    层流
    模型
    湍流
    模型
    相对误
    差/(%)
    9 99.45 99.48 0.030 2 6.55×10-6 6.53×10-6 0.306
    14 59.17 59.33 0.270 0 1.26×10-5 1.25×10-5 0.800
    下载: 导出CSV
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