超高速空氣電主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及系統(tǒng)穩(wěn)定性分析.pdf

1、隨著電子元器件微型化和各類電器功能復(fù)雜化，PCB電路板的集成度也越來越高，PCB板上的微細孔也越來越密集。為了提高密集孔的鉆削效率和改善微小孔的鉆削質(zhì)量，在PCB微細孔的鉆削過程中，常采用超高速空氣靜壓電主軸來鉆削。超高速電主軸最大的特點就是以氣體為潤滑介質(zhì)實現(xiàn)了無污染、零摩擦、回轉(zhuǎn)精度高的加工目標，氣體潤滑在帶來了明顯優(yōu)勢的同時也有著自身的不足點，其中氣體存在著不可避免的壓縮性致使高速電主軸在工作運轉(zhuǎn)時會出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。
　　

2、針對電主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性兩類問題，本文主要分為以下幾個板塊：徑向靜壓軸承和軸向止推軸承的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、電主軸系統(tǒng)支承結(jié)構(gòu)形式的改善和提高、氣錘振動和渦動失穩(wěn)兩大動靜態(tài)穩(wěn)定性問題、實際運轉(zhuǎn)過程中的動態(tài)響應(yīng)問題，主要內(nèi)容為以下幾個方面：
　　1.借鑒流體力學中氣體潤滑的雷諾方程，通過計算將靜壓軸承中流體的雷諾數(shù)求出從而對所分析的流體狀態(tài)進行確定，利用對軸承流體分析得到的壓力云圖可以分析出軸承間隙內(nèi)氣膜的承載能力和剛度情況；通過MA

3、TLAB軟件的數(shù)值分析功能結(jié)合氣體的潤滑方程式將軸承關(guān)鍵的幾個結(jié)構(gòu)參數(shù)與承載能力和剛度的關(guān)系規(guī)律曲線圖求出，從中優(yōu)選出最佳的結(jié)構(gòu)尺寸實現(xiàn)對軸承的優(yōu)化設(shè)計。
　　2.通過分析出電主軸系統(tǒng)的徑向剛性特點并結(jié)合其剛度方程式一般形式的規(guī)律特點提出了添加支承件以及具體支承位置的假設(shè)；針對提出的假設(shè)對其進行了4種經(jīng)典的不同支承結(jié)構(gòu)分析，依據(jù)分析的結(jié)果對其最佳的支承結(jié)構(gòu)形式進行了優(yōu)選驗證，有效的提高了電主軸的系統(tǒng)剛度。
　　3.將電主軸系

4、統(tǒng)的穩(wěn)定性問題分為動靜態(tài)兩部分展開研究。其中靜態(tài)穩(wěn)定性的問題就是氣錘振動現(xiàn)象，根據(jù)氣體軸承的穩(wěn)定平衡方程式，運用MATLAB軟件逐個將節(jié)流孔直徑、供氣壓力、氣腔半徑對氣錘振動的影響作了分析研究；而針對動態(tài)穩(wěn)定性的渦動失穩(wěn)現(xiàn)象，則依據(jù)氣體軸承阻尼力公式對渦動失穩(wěn)跟主軸軸徑轉(zhuǎn)速二者的關(guān)系作了分析，利用規(guī)律曲線圖對電主軸的渦動速度、軸徑轉(zhuǎn)速跟阻尼系數(shù)的變化規(guī)律進行總結(jié)。
　　4.利用模態(tài)分析將主軸固有頻率以及各階變形類型求出，然后著重對