高速主轴非接触气膜加载刚度测试台的研制

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高速电主轴回转精度及静刚度测试研究设计

高速电主轴回转精度及静刚度测试研究设计重庆大学本科学生毕业设计（论文）高速电主轴回转精度及静刚度测试研究学生：郑令学号：20052308指导教师：陈小安助理指导教师：合烨专业：机械设计制造及其自动化重庆大学机械工程学院二OO九年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityHigh Speed Electronic Spindle Turning Precision and Static Stiffness TestingResearchUndergraduate: Zheng LingSupervisor: Prof. Chen XiaoanAssistant Supervisor : He YeMajor: Mechanical Design and TheoryCollege of Mechanical Engineering Chongqing UniversityJune 2009摘要近几十年来，在新技术革命的推动下，特别是伴随着数控技术的不断发展，超高速切削技术的应用越来越广泛，它正在成为国际机械制造业最热门的研究课题之一。

高速主轴系统也已成为最适宜于这些高性能工况的数控机床核心功能部件之一。

目前，在国内对高速电主轴系统的技术性能指标的测试与评价尚无统一的标准，均以行业或企业标准来执行。

本论文在正是在此环境下讨论了高速电主轴的测试方法及评价技术。

在国家自然科学基金项目《高速电主轴机电耦合动力学分析及仿真与实验研究》(项目编号50675233)和重庆市重大科技攻关项目《装备制造业典型基础部件关键技术研究及产业化》（项目编号CSTC，2006AA3010）的资助下，主要进行了高速电主轴回转精度、静刚度、噪声等方面的测试方法及测试实验研究，并取得了以下研究进展：（1）研究了高速电主轴回转精度的测试方法。

对径向跳动和端面跳动的测试中采用了接触式和非接触式的方法分别进行，并绘制了两种方式在不同测量截面下的径向跳动曲线，对比发现用非接触式测试的精度比接触式要好；同时对周期性轴向窜动的测试方法采用了短检验棒法和两指示器法分别进行，通过对比其数据的差异，发现短检验棒法的测试误差低于两指示器法。

高速径向气体静压轴承试验台的设计与分析

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将行列式展开，得特征方程，它是一多项式方程，可定出特征值 ; 的根，在这里它们通常是共轭复根。如果这些复根的实部都小于零，则平衡位置为稳定。如果其中之一大于零，则相应的振幅将随时间的增加而越来越大，运动发散，造成自激振动，平衡位置为不稳定。稳定与不稳定的分界线发生在实部值全都等于零时，此时相应的运动为振幅不变的振动 9B:。以上分析就是设计
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全周径向气体轴承的最大问题是稳定性问题。判断轴颈平衡位置是否稳定的方法，是使轴颈以任意方式偏离其平衡位置上的运动参数，然后看轴颈是否不断趋近其平衡位置。轴颈的瞬时运动方程及气膜力与轴颈运动参数间的关系，是这种分析的基础。转子动力学方程代入转子运动方程得到：
95:
采用数值解法求解雷诺方程式，求出压力分布，轴承的无量纲承载能力 3 ，是由两个方向的分力合成的。即，通过压力在偏心方向的积分及与其成直角方向的积分，得到分力3 ( 和3 ) ，并由下式计算出3 力9@:
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结构见图 5。当轴颈回转时，表示轴承间隙内气体压力分布的雷诺方程式考虑到径向轴承的轴向（" 方向）没有移动，且气膜的上表面（轴承面）的线速度为零，且气膜厚度在 " 方向不变化，故雷诺方程式经无量纲化简化成为：
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功能部件
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高速径向气体静压轴承试验台的设计与分析

高速旋转主轴径向跳动非接触测量

高速旋转主轴径向跳动非接触测量
陈虹;朱颖
【期刊名称】《机电工程技术》
【年(卷),期】2013(042)001
【摘要】高速旋转主轴的径向跳动位移量测量对于精密机械运动精度或大型高速旋转机械的安全运转都具有重要意义.高速旋转主轴径向跳动位移量需非接触测量,从传感器选择,信号处理、控制和显示以及等几个方面介绍了无接触径向跳动位移量测控仪的原理.此种测量方法可广泛用于旋转机械主轴径向跳动、轴向跳动等的在线监测和安全监控保护,也可用于零件尺寸的检测.
【总页数】4页(P72-75)
【作者】陈虹;朱颖
【作者单位】上海大学,上海 200072
【正文语种】中文
【中图分类】TG506.1
【相关文献】
1.基于正交设计的主轴径向跳动测试工况研究 [J], 袁江;周成一;沈亚峰;邱自学;高传耀
2.机床主轴径向跳动测量方法的改进设计 [J], 陈佳炳;邵铮杨;徐华通;张中明;吴晓苏
3.基于机器视觉的车床主轴径向跳动误差测量方法研究 [J], 彭凯;杨泽青;杨伟东;刘丽冰
4.主轴径向跳动对圆周密封动态特性的影响 [J], 闫玉涛; 赵中强; 胡广阳; 张立静; 王爽
5.数控车床主轴锥孔径向跳动检测实验教学综述 [J], 吴亚兰;李庆
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高速加工中心主轴系统径向刚度的研究

由图4~图6可知，在一个工作周期内，滑块明显的分为快速冲程和慢速冲程两部分，慢速冲程部分为加工冲程，加速度变化较缓慢，速度较小，由图4可知，完成慢速冲程的时间为t 1=4s ，快速冲程部分为返程，加速度变化剧烈，速度明显比慢速冲程快，由图4可知，完成快速冲程的时间为t 1=2s ，时间比为2，与冲程速比因子相符。

验证了运用ADAMS 仿真技术在刨床急回机构虚拟设计中的可行性与可靠性。

3结语（1）通过利用ADAMS 进行仿真分析，可得到刨床急回机构运动过程中刨刀的位移、速度、加速度曲线，仿真结果验证了ADAMS 在刨床机构动态设计中的可行性与可靠性，从而大大提高了机械效率，并达到最佳切削效果。

（2）运用ADAMS 对刨床急回机构进行运动学仿真，不仅使机构的造型形象化、可视化，而且也使整个仿真过程更加准确、形象和生动。

参考文献：［1］B 保罗著，汪一麟等译.机构运动学［M ］.上海：上海科学技术出版社，1989.［2］琚贻宏，夏娟，李晓玲.刨床急回机构的动力学研究［J ］.青岛建筑工程学院学报，2004，25（3）：67-71.［3］张晓勇，张莹.牛头刨床急回机构运动仿真系统的运动建模［J ］.机械制造与研究，2008，37（6）：79-81.［4］郑建荣.ADAMS 虚拟样机技术入门与提高［M ］.北京：机械工业出版社，2003.作者简介：刘守法(1980-)，河北沧州人，工学硕士，现从事西京学院机电工程系教学与科研工作，研究方向：机械设计、制造有限元分析及新产品开发，电子信箱：liushoufa807456@.责任编辑：卢盛春收稿日期：2010－02－05煤矿机械Coal Mine MachineryVol.31No.07Jul.2010第31卷第07期2010年07月!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!前言高速加工中心设备广泛应用于机械加工行业，一般情况下其主轴运转速度超过10000（r/min ）。

径向气体箔片轴承高速重载测试及实验台搭建

径向气体箔片轴承高速重载测试及实验台搭建随着工业技术的不断发展，轴承作为重要的机械元件，广泛应用于各个领域。

径向气体箔片轴承是一种新型的轴承结构，具有高转速、高精度、低摩擦和无需润滑等特点，被广泛用于高速机械设备中。

为了确保径向气体箔片轴承的性能和可靠性，在使用前需要进行高速重载测试。

高速下的重载测试能够模拟实际工作条件，检测轴承的工作状态和性能表现，以及评估其可靠性和寿命。

在进行高速重载测试前，首先需要建立合适的实验台。

实验台的搭建对于测试结果的准确性和可靠性至关重要。

实验台主要包括实验台架、电机、转速传感器、负载装置等组成部分。

实验台架是支撑和固定整个实验台的主要结构，需要具有足够的稳定性和刚度。

电机是驱动被测轴承旋转的动力源，需要具备高转速和良好的控制性能。

转速传感器是用于测量轴承转速的装置，需要具有高精度和快速的响应能力。

负载装置用于给被测轴承施加负载，可以通过配置不同的负载装置实现不同的测试负载。

实验台搭建完成后，可以进行高速重载测试。

通过电机控制系统控制电机启动，使被测轴承开始旋转。

然后，通过转速传感器实时监测轴承的转速，并记录转速数据。

接下来，根据测试需要，调整负载装置施加适当的测试负载，然后记录轴承的温度、振动、噪声等参数。

根据测试数据分析轴承的工作状态和性能表现，并评估其可靠性和寿命。

通过高速重载测试和实验台搭建，可以全面了解径向气体箔片轴承在高速工作状态下的性能和可靠性，为轴承的设计和应用提供重要参考依据。

还可以优化轴承结构和材料，提高轴承的工作效率和寿命，从而推动工业技术的发展和应用。

径向气体箔片轴承高速重载测试及实验台搭建

径向气体箔片轴承高速重载测试及实验台搭建一、引言气体箔片轴承是一种采用气体动压原理支撑转子的轴承，在高速旋转的条件下，具有低摩擦、低磨损、高速度和高旋转精度等特点。

由于气体箔片轴承在高速旋转时承受的载荷和冲击较大，因此需要进行高速重载测试，以评估其性能和可靠性。

本文将讨论关于气体箔片轴承高速重载测试及实验台搭建的相关内容。

二、气体箔片轴承高速重载测试气体箔片轴承是一种用气体动压原理支撑转子的轴承，其设计和制造对于高速旋转的要求非常高。

因为在高速旋转时，轴承需要承受相当大的冲击和压力。

进行高速重载测试可以评估其性能和可靠性。

高速重载测试一般包括静态载荷测试、动态载荷测试和振动测试。

静态载荷测试是对轴承进行一定载荷的静态加载，以评估其承载能力和变形情况；动态载荷测试则是对轴承进行动态载荷的测试，以评估其在高速旋转条件下的性能；振动测试则是对轴承进行振动测量，以评估其在高速旋转条件下的稳定性和可靠性。

三、气体箔片轴承高速重载实验台搭建气体箔片轴承高速重载实验台一般包括转子、气体供应系统、载荷系统、振动传感器等部分。

转子是整个实验台的核心部分，需要具备高速旋转的能力和载荷承受能力；气体供应系统是提供气体支撑力的部分，需要具备稳定的气体供应和调节能力；载荷系统是对轴承进行静态和动态载荷测试的部分，需要具备可控的载荷施加能力；振动传感器是用于对轴承进行振动测试的部分，需要具备高灵敏度和精准的测量能力。

在搭建气体箔片轴承高速重载实验台时，需要注意以下几点：首先是转子的选用，转子需要具备高速度和高载荷承受能力，通常选用高强度的材料制造；其次是气体供应系统的设计，需要具备稳定的气体供应和调节能力，通常采用高精度的气体调压器和流量控制器；再次是载荷系统的设计，需要能够对轴承进行不同程度的静态和动态载荷测试，通常采用液压或机械加载系统；最后是振动传感器的选用，需要具备高灵敏度和精准的测量能力，通常选用高精度的振动传感器和数据采集系统。

径向气体箔片轴承高速重载测试及实验台搭建

径向气体箔片轴承高速重载测试及实验台搭建径向气体箔片轴承是一种高速旋转机械中常用的轴承形式，它具有重载能力强、高速性能好等特点，并且适用于轴向负荷的情况。

为了验证径向气体箔片轴承在高速重载条件下的性能，需要进行相应的实验测试。

我们需要搭建一台适用于进行高速重载测试的实验台来对径向气体箔片轴承进行性能评估。

一、高速重载测试需求分析1. 高速性能考量径向气体箔片轴承通常用于高速旋转机械中，因此实验台需要具备高速性能考量，可以进行高速旋转的工况模拟。

2. 重载能力考量在实验中需要对径向气体箔片轴承的重载能力进行测试，因此实验台需要能够施加大负载，并且能够调整负载大小。

3. 稳定性考量在高速旋转状态下，实验台需要具备足够的稳定性，避免发生不稳定或抖动的情况。

4. 数据采集与分析实验台需配备相应的数据采集与分析系统，用以记录实验过程中的参数变化，并分析测试结果。

二、高速重载测试实验台的搭建1. 实验台结构设计实验台主要包括支撑结构、驱动装置、负载装置、测量装置和控制系统。

支撑结构：支撑结构需具备足够的稳定性和刚度，并且需要能够进行角度调整以适应不同的实验要求。

驱动装置：驱动装置需要能够提供高速旋转的动力，并且具备较高的精度和稳定性。

负载装置：负载装置需要能够对轴承施加不同大小的负载，以模拟实际工作中的重载条件。

测量装置：测量装置需要包括径向位移传感器、压力传感器、温度传感器等，用以实时监测轴承的运行状态和各项参数。

控制系统：控制系统需要能够对实验台进行精确的控制，并且能够实现数据采集、分析和存储。

2. 实验台搭建流程根据实验台结构设计，选用合适的材料和零部件进行组装。

支撑结构需要选择高强度的材料，以确保稳定性和刚度；驱动装置需要选用高性能的电机或气动装置；负载装置需设计合理的结构，并且配备相应的负载传感器以进行负载测试。

对实验台进行调试和优化。

首先进行实验台的动力部分调试，保证驱动装置能够提供充足的动力，并且运行稳定；然后对负载装置进行测试，调整负载大小和分布，确保能够满足实验要求；最后对测量装置进行校准和验证，保证测量数据的准确性。

高速电主轴径向跳动及静刚度测试方法

第２７卷第２期
Ｖｏ１．２７
重庆理工大学学报（自然科学）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）
术指标有着苛刻要求，使其不同于传统的主轴系统，其安全性和可靠性等动态性能也成为结构设计和机床运行中考虑的首要问题¨ －２Ｊ。
态，从而给使用单位带来直接的、可观的、显著的
ＹＡＮＧＧａｎｇ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｔｒｏｎｉｃｓ＆ＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００７４，Ｃｈｉｎａ）
中图分类号：ＴＨ１３３．２
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＨｉｇｈ・ｓｐｅｅｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｐｉｎｄｌｅＲａｄｉｕｓＲｕｎ－ｏｕｔ
．
ａｎｄＳｔａｔｉｃＳｔｉｆｆｈｅｓｓ
高速电主轴是实现机床高速化的重要部件，
通过对电主轴进行各项测试研究，能掌握该
它的性能在一定程度上决定了加工机床的整体发
展水平。因此，高速加工机床对高速电主轴的技

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ＴｈｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＮｏｎ－ＣｏｎｔａｃｔＧａｓ－ＬｏａｄｉｎｇＳｙｓｔｅｍｆｏｒＳｔｉｆｆｎｅｓｓ
ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＨｉｇｈＳｐｅｅｄＳｐｉｎｄｌｅｓ
机械设计与制造
１０２ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
第６期２０１３年６月
高速主轴非接触气膜加载刚度测试台的研制
冯明，赵玉龙，杨威，邓艳昭
（北京科技大学机械工程学院，北京１０００８３）摘要：针对主轴高速旋转情况下静刚度测试难以实现的难题，研发了一种非接触气膜加载装置。该装置由气膜加载器
述了该加载装置的加载原理和构成。同时对几种不同电主轴进行了实际加栽实验，得到了旋转状态下的静态刚度与回转
速度之间的关系。
பைடு நூலகம்
关键词：主轴；电主轴；静态刚度；非接触加载；气膜加载装置
中图分类号：ＴＨ１６；ＴＫ７３０．３＋２１；ＴＭ９３８文献标识码：Ａ文章编号：１００１ — ３９９７（２０１３）０６ — ０１０２ — ０４
ｓｐｉｎｄｌｅｗｉｔｈｎｏｎ－ｃｏｎｔａｃｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｌｏｄｉａｎｇｅｔｍｈｏｄ，ｔｈｅｇｓａｌｏｄｉａｎｇｏｎｅｈｓａｔｈｅｄｖａｎｔａａｇｅ
ｆｏｏｎｌｉｍｉｔｔｉａｏｎｔｏｂｏｔｈｓｐｅｅｄａｎｄｒｕｎｎｉｎｇｔｉｍｅｆｔｏｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｓｐｉｎｄｌｅｄｕｅｔｏｆｒｅｅｒｏｆｍｔｈｅｅｄｄｙＣｕｒｒｅｎｔｅｆｆｅｃｔｓ．ＢｓｅａｄｏｎｔｈｅＦＥＡｔｏｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅＲｅｙｎｏｌｄｓｅｑｕｔａｉｏｎ，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｎｄａｇｅｏｍｅｔｒｉｃｌａｐｒａａｍｅｔｅｒｓｆｏｔｈｅｇｓａｌｏｄｅａｒｗｅｒｅｎｕｅｒｍｉｃｌａｌｙｏｐｔｉｍｉｚｅｄａｎｄａｎｏｎ — ｃｏｎｔｃｔａｇｓ－ａｌｏａｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅｗｈｉｃｈｃｏｎｓｉｓｔｓｆｏａｈｙｄｒｏｓｔｔｉａｅｇｓａｉｌｆｍｌｏａｄｅｒｎｄａ５ＤＯＦｄｊａｕｓｔｍｅｎｔ
ＦＥＮＧＭｉｎｇ，ＺＨＡＯＹｕ－ｌｏｎｇ，ＹＡＮＧＷｅｉ，ＤＥＮＧＹａｎ－ｚｈａｏ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：／ｔｐｒｅｓｅｎｔｓａｎｏｖｅｌｎｏｎ－ｃｏｎｔａｃｔｌｏａｄｉｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｓｔａｔｉｃｓｔｉｆｎｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆａｒｏｔｔｉａｎｇｓｐｉｎｄｌｅ．Ｔｈｅ
ｈｙｄｒｏｓｔｔｉａｃｇｓａｉｌｆｍ￣ｒｍｅｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｌｏｄｅａｒａｎｄｒｏｔｔａｉｎｇｓｐｉｎｄｌｅＣｎａａｐｐｌｙｂｏｔｈｊｏｕｒｎｌａａｎｄａｘｉａｌｌｏｄｓａｕｐｏｎａｒｏｔａｔｉｎｇ
和５自由度调节机构组成，通过在气膜加栽器与被测主轴间形成静压气膜的方法，实现了对被测主轴的非接触加栽。与
电磁加载方式相比，该装置对被测主轴的转速和运转时间没有限制，可在静止、高速及超高速下对主轴施加径向和轴向栽荷，从而实现对旋转状态下的径向及轴向刚度的测试。￣ｔＡｌ＂，它还具有结构简单和加栽力大小调节方便的特点。详细描