气体静压丝杠的研究

论文摘要

随着科学技术的发展,精密和超精密加工技术占有越来越重要的地位,同时也对精密和超精密机床、精密量仪等设备上关键重要的传动机构——丝杠螺母副提出了越来越高的要求。综合考虑回转精度、承载能力和刚度、速度、抗振性、寿命等技术指标,气体静压丝杠适用于在高精度轻载荷的工作状况。本文对气体静压丝杠的静态性能及均化误差效应进行了研究。首先,本文叙述了气体静压技术及气体静压丝杠的工作原理和主要特征。其次使用FLUENT软件分析计算了局部多孔质及小孔节流环面止推轴承的压力分布、流速分布、承载能力、静态刚度及流量等静态特性。然后,建立气体静压丝杠螺旋线误差的数学模型,并以此为基础给出了气体静压丝杠传动误差的计算方法,进而分析了静压丝杠的误差均化效应与螺母有效圈数、螺母螺旋线误差、外载荷、供气压力等因素之间的关系,并将其均化效果与滑动丝杠进行了分析比较,得出了一系列结论。接着设计了可调气体静压丝杠螺母的模拟试验台,在实验台上对本课题中关键的气体静压丝杠螺旋线误差的数学模型及传动误差的计算方法进行了实验验证。通过实验得出了局部多孔质节流模拟气体静压丝杠螺母副在不同螺旋线误差的情况下的承载能力曲线。最后对实验数据和理论计算数据进行了比较,得出了一些具有一定价值的的规律性结论,可为今后继续研究提供借鉴。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 进给机构综述及静压支撑形式
• 1.2.1 进给及微进给系统
• 1.2.2 静压支撑形式
• 1.3 国内外气体静压丝杠研究现状
• 1.3.1 国外气体静压丝杠的研究现状
• 1.3.2 国内气体静压丝杠的研究状况
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 基于FLUENT软件的轴承静态特性研究
• 2.1 引言
• 2.2 FLUENT软件及其应用
• 2.2.1 网格生成
• 2.2.2 求解器的选择
• 2.2.3 边界条件设定
• 2.3 利用FLUENT软件仿真环面止推气体静压轴承
• 2.3.1 模型建立、网格划分及边界条件设定
• 2.3.2 FLUENT仿真结果及分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 气体静压丝杠误差均化效应的研究
• 3.1 引言
• 3.2 螺旋线误差数学模型的建立
• 3.2.1 建立螺旋线误差的数学模型
• 3.2.2 建立气体静压丝杠传动误差计算模型
• 3.3 气体静压丝杠均化效果的影响因素
• 3.3.1 螺母有效圈数对均化误差效果的影响
• 3.3.2 螺母螺旋线误差对均化误差效果的影响
• 3.3.3 螺母螺旋槽宽度误差对均化效果的影响
• 3.3.4 丝杠螺旋槽宽度误差对均化效果的影响
• 3.3.5 丝杠螺旋线误差的误差分布情况对均化效果的影响
• 3.3.6 负载大小对均化效果的影响
• 3.3.7 供气压力对均化效果的影响
• 3.4 气体静压丝杠与滑动丝杠均化误差效果的比较
• 3.4.1 建立滑动丝杠传动误差计算模型
• 3.4.2 滑动丝杠与气体静压丝杠的比较
• 3.5 本章小结
• 第4章 误差均化效应的实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验装置设计
• 4.3 实验及实验结果
• 4.3.1 关键零件尺寸
• 4.3.2 实验结果及分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 FLUENT 仿真计算结果
• 附录2 模拟丝杠端面圆跳动误差
• 附录3 模拟实验台承载能力实验数据
• 附录4 模拟丝杠端面垂直度测量值
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢