机床与液压

作者：申旭，贾晨辉，路艳辉，贾硕，符瑞涛，黄亚冰，徐鸿顺

单位：河南科技大学机电工程学院；河南科技大学机电工程学院；河南科技大学机电工程学院；河南科技大学机电工程学院；河南科技大学机电工程学院；河南科技大学机电工程学院；河南科技大学机电工程学院

关键词：锥形气体轴承;气膜间隙调控机构;调控精度;位移放大机构;气浮力

基金：国家重点研发计划项目（2022YFB3402704）

为满足超高速电主轴变承载力的加工需要，设计一种具有气膜间隙主动调控能力的锥形气体轴承气膜间隙调控机构。基于压电驱动技术，通过控制轴承外圈轴向平移来调节径向气膜间隙，从而实现不同工况下电主轴变承载稳定运行。建立气膜间隙调控机构三维模型，基于柔性梁弯曲变形理论和胡克定律，推导出有无外部负载作用下的位移放大比求解模型以及输入刚度和输出刚度解析模型；同时建立圆柱坐标系下的锥形气体轴承润滑方程，并编制MATLAB超松弛迭代程序求解气浮力。建立移动体轴向动力学方程，求解轴向位移量，并将移动体轴向位移转换为径向气膜间隙调控量。基于多体耦合动力学仿真软件Recurdyn，对间隙调控机构进行动力学仿真。结果表明：轴向气浮力受偏心率和轴颈转速影响较小，在无转速条件下，轴向气浮力与供气压力呈正相关，与气膜厚度呈负相关；供气压力分别为0.4、0.5、0.6、0.7 MPa，驱动时间为0.25 s时，气膜间隙调节理论误差分别为4.2%、5.8%、6.4%、8.4%，仿真误差分别为1.6%、1.8%、2.1%、2.5%，表明机构具有较高的调控精度。通过改变轴向预紧力、压电促动力、轴向气浮力和弹簧力的耦合作用，可对气膜间隙进行高精密的动态调节以得到不同的转子承载力，从而满足不同工况的应用要求。

来源：2026年第3期

《机床与液压》期刊编辑部

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