A method for predicting the radial rotation error of the Aerostatic Spindle is used to predict the micro scale effect and the nonlinear dynamic characteristics of the air film flow in the aerostatic bearing. According to the structure and principle of the aerostatic bearing, the flow factor which embodies the micro scale effect is introduced and the mathematical model of air film flow in the aerostatic radial bearing is established in the micro scale, and the gas film is converted into a spring damping system with two degrees of freedom with each other. The flow model is calculated and the nonlinear dynamic stiffness under the micro scale is calculated. The degree and damping coefficient are given to the spring damping system. Based on the structure and working principle of the Aerostatic Spindle, the bearing rotor system model is set up by the air film and the rotor, and the dynamic vibration mathematical model of the bearing rotor system is established by combining the characteristics of the spindle vibration. The radial rotation error of spindle is obtained with all errors.
【技术实现步骤摘要】
一种空气静压主轴径向回转误差预测方法
本专利技术涉及一种回转误差预测方法,适用于空气静压主轴在不同工况下的回转误差预测与分析,可以实现空气静压主轴振动信号的时域与频域信号预测。
技术介绍
空气静压主轴作为精密及超精密加工过程中重要的加工设备,其运动误差直接影响到被加工零件的表面质量、形状精度及粗糙度。因此对空气静压主轴的回转误差进行预测分析十分重要,这对空气静压主轴的优化设计和误差监测控制具有重要意义。在实际运行过程中,空气静压主轴由于受到外力、自身重力以及偏心质量的作用,会产生受迫振动、自激振动和偏摆振动行为,综合考虑各种振动建立空气静压主轴运动误差模型是主轴回转误差预测的关键。由于空气静压轴承内的气膜具有可压缩性,气膜的波动会直接反映到主轴振动中;同时由于空气静压轴承的轴承间隙在微米级别使得其内部的气体流动属于微尺度流动,此时会表现出传统流动不具有的微尺度效应,如:稀薄效应、速度滑移等,这些微尺度效应会影响轴承的动态特性,从而对主轴的振动造成影响。因此如何将气膜的波动引入振动分析实现气固耦合分析,以及将微尺度效应引入振动分析实现宏微尺度结合的振动分析是空气静压主轴回转误差预测的难题。空气静压主轴的径向回转误差主要包括量径向跳动误差和偏摆振动误差,其共同复合作用形成了主轴的回转误差。从时域上对空气静压主轴的回转误差进行描述,直观的反映主轴回转误差的实时运动状况。同时工作会有不同的工况,对不同工况下的回转误差进行预测分析达到降低振动误差提高运动精度的目的。
技术实现思路
针对气固耦合的空气静压主轴回转误差的问题,本专利技术提供了一种空气静压主轴回转误差的预测方 ...
【技术保护点】
1.一种空气静压主轴径向回转误差预测方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:(1)建立空气径向静压轴承微尺度下气膜动态流动模型;根据空气静压径向轴承的结构和工作特点,对空气静压径向轴承的气膜流动进行动态建模,同时引入体现微尺度效应的流量因子对气膜的宏观流动进行修正,从而得到宏微尺度结合的动态流动模型,以达到对微尺度下轴承内气体流动的描述;无量纲的微尺度下气膜动态流动模型如式(1)所示;无量纲公式如式(2)所示;
【技术特征摘要】
1.一种空气静压主轴径向回转误差预测方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:(1)建立空气径向静压轴承微尺度下气膜动态流动模型;根据空气静压径向轴承的结构和工作特点,对空气静压径向轴承的气膜流动进行动态建模,同时引入体现微尺度效应的流量因子对气膜的宏观流动进行修正,从而得到宏微尺度结合的动态流动模型,以达到对微尺度下轴承内气体流动的描述;无量纲的微尺度下气膜动态流动模型如式(1)所示;无量纲公式如式(2)所示;p=P·pa,h=H·h0,z=Z·R(2)式中,P为无量纲的气膜压强,H为无量纲的气膜厚度,Z为无量纲的轴承轴向长度,p为气膜压强,h为气膜厚度,z为无量纲的轴承轴向长度,C1和C2为微尺度流量系数,t为时间,θ为轴承的周向角度,pa为大气压强,h0为轴承间隙,R为轴承半径,μ为气体粘度,U为主轴转速;(2)获取空气静压径向轴承微尺度下非线性的动态参数;将气膜简化为具有相互垂直的两个自由度的弹簧阻尼系统;利用MATALAB软件平台编程对式1进行数值求解,得到微尺度下轴承的动刚度与动阻尼系数,并通过多项式拟合的获得非线性变化的动刚度与动阻尼系数;非线性动态参数中,Kn与Cn分别为偏心方向的动刚度和动阻尼系数,Kt与Ct分别为垂直于偏心方向的动刚度和动阻尼系数;(3)建立空气静压主轴径向振动模型;根据空气静压主轴的结构和工作特点,结合主轴的振动特性,建立由空气静压径向轴承与主轴转子组成的轴承—...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈东菊,韩继弘,潘日,范晋伟,
申请(专利权)人:北京工业大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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