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流体动态轴承主轴和转轴设计的振动分析
Thitima Jintanawan, I. Y. Shen, and Katsuhiko Tanaka

摘要----本文提出流体动态轴承（FDB）主轴和转轴设计在理论和实验上的振动分析。在理论上的分析，用一个成熟的数学模型预测半速旋转，摆动模式，频率响应函数和振动响应。在实验方面的研究，在各种旋转速度下测试FDB主轴和复合的轮盘。用获得的频率响应函数（FRF）验证数学模型。理论研究结果和实验研究结果在频率和共振振幅上都很符合。
一 、介绍
流体动态轴承（FDB）主轴用在轮盘行业，因为流体动态轴承（FDB）主轴有比较大的阻尼和比较低的噪声。主轴设计有两种类型：定轴设计和转轴设计。定轴设计如图1所示，包括带有轮盘的转子，它通过任一个球轴承安装在定子上。这种设计被广泛的用在球轴承主轴上，这种数学模型是有效的[1][2]。尽管这种设计也被用在流体动态轴承（FDB）主轴[3]上，但是它却很困难而且很昂贵。更全适的设计是转轴设计，由图2可以看出，转轴和带有轮盘的转子被压入固定的轴承套和基底弹簧片（定子），这种设计使用的元件比较少，轴承润滑漏油的可能性也降低了。所以这种设计在流体动态轴承（FDB）主轴中更有优势。然而，这种设计模型也更复杂，因为轴是转动、振动、摇摆的，同时它还有轮毂和轮盘。因为数学模型是不可获得的，所以设计为员不能准确的比较和评估这两种设计的振动性能。
本文的目的是说明流体动态轴承（FDB）主轴系统和转轴设计在理论和实验上的振动分析。开发数学模型是用来预测系统的自由和强迫振动。转轴主轴[4]的自由振动分析表明在轮毂轴接口的轮毂变形在转轴设计中是关键的，因为它的重要的负荷是传输。轮毂变形建模可以提高预测振动频率性能的30%。更深一层的研究，本文的焦点在流体动态轴承（FDB）主轴和转轴设计的强迫振动分析。频率响应函数（FRF）预测和比较实验结果，用以验证数学模型。
二、数学模型
这个部分的要点是数学模型的重要的假设，变量和公式。由于篇幅的限制，本文不介绍模型的详细推导过程。感兴趣的读者可以参考[4][5]。
图2表示了轮盘心轴系统和转轴的设计。系统包括几个圆形的橡皮圈固定在可变形的轮毂，允许微小的刚体移动和摆动。另外，轮毂装配在旋转的弹性的轴