《超精密工具機流-固耦合界面的宏微尺度動態接觸機理研究》是依託北京工業大學，由陳東菊擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超精密工具機流-固耦合界面的宏微尺度動態接觸機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳東菊
- 依託單位：北京工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著加工精度和範圍要求的提高，超精密工具機關鍵部件越來越多的採用液體和空氣靜壓軸承。由於軸承間隙處於微尺度範疇，所以軸承內流體流態與巨觀尺度下不同，以致流體膜與固體之間的耦合非常複雜，目前針對該問題的研究尚未全面展開。本研究試圖深入分析超精密工具機結構中流-固耦合界面宏微尺度接觸機理與功能機制，揭示流-固耦合界面與超精密工具機加工工件波紋度之間的影響關係：研究適合微尺度下流體流態的數學表征方法，探索微尺度效應對軸承內流體性能的影響規律；推導宏微尺度下與流體接觸的完整和統一的結構運動模型進而闡述流動流體和運動固體的耦合動態行為；通過檢測流-固耦合界面靜動態特性並對其振動信息和特徵進行分析，搭建運動、測量、調節一體化的超精密加工實驗平台，提出對流-固耦合動態行為進行預測及調控的有效策略。本課題的研究成果，對闡明超精密工具機加工工件波紋度形成機制有重要意義，為超精密工具機的加工質量的提高提供新思維。
結題摘要
本研究基於理論分析、仿真計算和實驗驗證的原則，將流體靜壓軸承的研究引入到微尺度領域，基於LFR修正模型建立了微尺度空氣靜壓軸承氣膜流動的模型，分析了稀薄效應對氣體靜壓軸承靜態性能的影響規律；綜合不同的微尺度因子建立宏微尺度相結合的軸承氣膜流動模型，考慮了流-固界面不同微尺度因子以及其耦合作用對工具機靜動態性能的影響。在此基礎上，引入敏感度參數分析了固-液界面的速度滑移對液體靜壓軸承重要性能物理量的影響規律，實現了液體油膜和固體主軸之間的雙向流-固耦合分析。其次，從超精密工具機加工工件表面形貌出發，基於最大油膜激振力及油膜厚度的相應變換，建立了轉子存在偏心質量下的微尺度靜壓軸承的動力學模型，通過提取瞬態回響信號和表面形貌的頻域分析來描述軸承動態行為對表面波紋度的影響，揭示了流-固耦合界面的動態行為與加工工件中低頻波紋度之間的影響關係。最後，根據主軸的迴轉誤差分析和動力學理論，建立了軸承-轉子系統的迴轉振動模型，結合軸承的動態特性分析，採用遺傳算法和多目標最佳化準則，對軸承的特徵參數進行最佳化，最佳化後的迴轉誤差得到降低，從而提高了工具機的振動穩定性。通過搭建迴轉誤差檢測實驗台，驗證了仿真結果對振動性能影響的正確性。本課題的研究成果，對提高超精密工具機的加工質量有重要意義。
