摘要: 近年来，随着精密与超精密行业的迅速发展，现代工业对精密超精密加工设备的需求和要求也越来越高。空气静压主轴作为精密与超精密设备的核心部件，其性能和精度将直接影响被加工产品的精度。空气静压主轴的工作原理是将有一定压力的气体，经节流孔流... 展开 近年来，随着精密与超精密行业的迅速发展，现代工业对精密超精密加工设备的需求和要求也越来越高。空气静压主轴作为精密与超精密设备的核心部件，其性能和精度将直接影响被加工产品的精度。空气静压主轴的工作原理是将有一定压力的气体，经节流孔流入空气静压轴承的气腔，在轴承间隙内形成具有一定承载能力的气膜，主轴转子转动时受到的摩擦仅为气体摩擦。空气静压轴承内的气膜厚度比较小，处于微米量级。由于空气静压主轴的回转特性是由空气静压轴承的承载特性及转子运行特性交叉耦合形成的，而轴承间隙的微尺度效应使得轴承特性发生改变，主轴工作过程中不可避免的质量不平衡对其运行精度同样造成影响，目前研究中只是单纯的研究单一影响因素对主轴运行精度的影响，没有考虑各个影响因素的耦合行为，也不能确定单个影响因素的影响程度。 针对以上问题，本文以增强空气静压主轴回转精度和预测能力以提高其最终工作精度为最终目标。从微尺度效应对轴承性能影响、不平衡及微尺度效应耦合的主轴空间模型建立、多因素影响下主轴运行精度模拟等方面来展开研究。研究内容包括以下几方面: (1)分析微尺度下空气静压径向轴承内气体流动情况，将微尺度因子的数值模型(速度滑移、稀薄效应的流量因子Q和气体的有效黏度)引入到传统的流体雷诺方程中，建立可以表征微尺度条件下可压缩性气膜流态的数学模型，为分析微尺度因子对空气静压径向轴承内气膜性能的变化规律做准备。 (2)根据主轴的实际工作特点以及前面建立的微尺度流体数学模型的边界条件、收敛准则，求解出不同微尺度因子影响下气膜压力分布情况，总结轴承承载力、气膜刚度的变化规律，在此基础上进一步分析主轴参数对轴承静态性能的影响。 (3)分析空气静压主轴转子存在的不平衡因素，在微尺度因子耦合作用下，研究不平衡因素在单独作用及耦合作用下对轴承性能的影响情况，分析各种情况下轴承内压力分布、主轴的承载力以及各节流孔处气膜刚度变化规律。通过搭建刚度测量试验台对空气静压径向轴承的气膜刚度进行测量，进一步验证理论分析结果的正确性。 (4)建立微尺度因子以及气膜厚度不均匀情况下的轴承-转子动力学模型，分析微尺度下转子偏心率、转子制造误差以及两者耦合时对主轴径向回转误差的影响，通过搭建空气静压主轴径向回转误差检测实验台，对比主轴的径向回转误差检测结果与仿真结果，并从实验结果中辨识出主轴工作存在的不平衡因素，并通过仿真验证辨识结果的正确性，这为后续提高及调控主轴的回转精度提供了参考依据。 收起