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超精密机床径推一体式空气静压轴承的静态特性
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Static characteristics of radial-thrust aerostatic bearing on ultra-precision machine tool
提出了一种新的径推一体式静压主轴支撑方式来优化机床主轴系统性能，以满足超精密飞切机床对气体静压轴承高刚度的要求。采用计算流体力学和有限体积法对气体静压轴承气膜内部的流场与压力场进行仿真，并研究其静态特性。为提高计算精度，完成了轴承宏观尺寸与气膜厚度相差几个数量级时气膜厚度方向2 μm间距的网格划分。仿真结果表明，在偏心状态下由于气膜压力的变化使节流孔气体流速在1 ~200 m/s内变化，机床所采用径推一体式轴承静态刚度达到3 508 N/μm。研究表明，通过增大轴承的供气压强和减小节流孔的直径可改善轴承的静态性能进而提升机床性能。标&&&&签
A new vertical spindle supporting system was presented to improve the stiffness of an aerostatic bearing and to meet the requirements of machine tools for aerostatic bearings. The Computational Fluid Dynamics (CFD) and Finite Volume Method (FVM) were used for simulating the flow field and pressure field inside the aerostatic bearing and for researching its static characteristics. The grid subdivision in the direction of film thickness was implemented while establishing the grid of the gas film. Finally, a 2 μm/grid on the thrust surfaces and 2.5 μm/grid on the radial surfaces along the film thickness direction were achieved. Results indicate that the gas velocities around the orifices are about 200 m/s and 1 m/s when the pressure distribution of the gas film is changed and the loading capacity is achieved 3 508 N/μm. It concludes that the static characteristics of the aerostatic bearing can be improved by increasing supply pressures or decreasing the diameters of orifices.
中图分类号
TH133.3 TG502.31 &&DOI
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修改稿日期
网络出版日期
作者单位点击查看联系人作者备注ZHANG Fei-hu(1964-), male, was born in Henan province. He received his MS and BS from Northwestern Polytechnical University in 1987 and 1984 respectively and PhD degree from Harbin Institute of Technology in 1993. Now He is a Professor of Mechanical Engineering at the School of Mechatronics Engineering of Harbin Institute of Technology. His research interests include new methods and technology of ultra-precision machining and equipment like ultra-precision ELID grinding technology, ultra-smooth surface magnetorheological finishing technology and ultra-precision fly cutting machine tool.
引用该论文:
ZHANG Fei-hu,FU Peng-qiang,WANG Sheng-fei,ZHANG Qiang.&Static characteristics of radial-thrust aerostatic bearing on ultra-precision machine tool[J].&Optics and Precision Engineering,&):&607～615张飞虎,付鹏强,汪圣飞,张强.&超精密机床径推一体式空气静压轴承的静态特性[J].&光学 精密工程,&):&607～615
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参考文献【1】AN CH H, ZHANG Y, XU Q, et al.. Modeling of dynamic characteristic of the aerostatic bearing spindle in an ultra-precision fly cutting machine [J]. International Journal of Machine Tool & Manufacture, 4-385.&【2】YE SH L, LI D SH. Study on mechanical characteristics of aerostatic bearing with finite volume method [J]. Opt. Precision Eng., ): 809-814. (in Chinese)&【3】MIYATAKE M, YOSHIMOTO S. Numerical investigation of static and dynamic characteristics of aerostatic thrust bearings with small feed holes [J]. Tribology International, 53-1359.&【4】ZHANG J H, ZHANG SH G, ZHAO H X, et al.. Structure design and test for guide unloading system of large ultraprecision machine [J]. Opt. Precision Eng., ): . (in Chinese)&【5】LEE W B, CHEUNG C F. A dynamic surface profile model for the prediction of nano surface generation in ultra-precision machining [J]. International Journal of Mechanical Sciences, 1-991.&【6】ZHAO Q L, GUO B, YANG H, et al.. Technological parameter optimization of micro-structured surfaces by diamond fly-cutting [J]. Opt. Precision Eng., ): . (in Chinese)&【7】FREW D A, SCHEFFER C. Numerical modelling of a high-speed rigid rotor in a single-aerostatic bearing using modified Euler equations of motion [J]. Mechanical Systems and Signal Processing, 3-154.&【8】LIU Q, ZHANG C P. H-type air bearing motion stage driven by linear motors [J]. Opt. Precision Eng., ): . (in Chinese)&【9】LI Y T, HAN D. Influences of the geometrical parameters of aerostatic thrust bearing with pocketed orifice-type restrictor on its performance [J]. Tribology International, 20-1126.&【10】KASSAB S Z, NOUELDEEN E M, SHAWKY M A. Effects of operating conditions and supply hole diameter on the performance of a rectangular aerostatic bearing [J]. Tribology International, 3-545.&【11】SCHENK C, BUSCHMANN S, RISSE S, et al.. Comparison between flat aerostatic gas-bearing pads with orifice and porous feedings at high-vacuum conditions [J]. Precision Engineering, 9-328.&【12】YAO Y X, QIN D L, ZHANG H B. Static performance analysis of orifice compensated externally pressurized gas spherical bearing based on FEM [J]. Key Engineering Materials, 6: 860-863.&【13】CHEN X D, HE X M. The effect of the recess shape on performance analysis of the gas-lubricated bearing in optical lithography [J]. Tribology International, 36-1341.&【14】LO CH Y, WANG CH CH, LEE Y H. Performance analysis of high-speed spindle aerostatic bearings [J]. Tribology International, -14.&【15】JI S M, MA B L, TAN D P. Numerical analysis of soft abrasive flow in structured restraint flow passage [J]. Opt. Precision Eng., ): . (in Chinese)&【16】LIU X J, CHEN R W. Finite element analysis and experiments on Rainbow shape piezoelectric energy transferring elements [J]. Opt. Precision Eng., ): 789-796. (in Chinese)&【17】KHATAIT J, LIN W, LIN W J. Design and development of orifice-type aerostatic thrust bearing [J]. SIMTech technical reports, ): 7-12.&【18】WANG Z, LI Z H. Design of optical-mechanical structure for lunar-based extreme ultraviolet camera [J]. Opt. Precision Eng., ): . (in Chinese)&
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平面双面研磨机构的设计论文+图+外文翻译.doc62页
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西安文理学院机械电子工程系
本科毕业设计（论文）
平面双面研磨机构的设计
机械设计制造及其自动化（2）班
设计所在单位
西安文理学院
2011年 5月
西安文理学院本科毕业设计（论文）任务书
目 双面平面研磨机构设计
学生姓名 刘静 学
专业班级 机械设计制造及其自动化（2）班
指导教师 边培莹 吕荣生
称 助教 副教授 教 研 室 机械
毕业设计（论文）任务与要求
了解现代精密加工的原理及应用，学习研磨加工理论，设计双面平面研磨机构并论证其合理性；
设计参数：研磨件为圆柱体，直径50mm，高30mm，每次研磨数量4个，研磨精度Ra0.002；
开题报告一份；
根据确定的方案进行结构设计，用计算机或手工绘制装配图、主要零件图；
利用三维软件进行三维实体建模；
文献综述一份（另翻译英文资料一份）；
撰写设计说明书一本。
毕业设计（论文）工作进程
起止时间 工作内容
- 分析任务书，了解所选课题，制定开题报告。
选择相应期刊及论文资料，研究学习平面研磨的研磨轨迹规划及研磨机理，并学习其系统方案和主要结构传动方式。
设计该系统合理的结构方案，并论证其合理性。学习Pro/E软件的相关知识。
根据确定的方案进行结构设计，用计算机绘制装配图、主要零件图。
利用三维软件进行三维实体建模分析。完成毕业设计论文的撰写、整理工
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