多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、氣體靜壓軸承是精密、超精密設(shè)備中的重要部件之一，具有精度高、無摩擦、無污染等優(yōu)點(diǎn)。隨著精密、超精密技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)氣體靜壓軸承的剛度、精度及穩(wěn)定性的要求也不斷地提高。與傳統(tǒng)的小孔節(jié)流相比，多孔質(zhì)節(jié)流具有高承載力、高剛度和高阻尼等優(yōu)點(diǎn)，且已經(jīng)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。其中，多孔質(zhì)材料滲透系數(shù)的測(cè)試方法及多孔質(zhì)氣體靜壓軸承性能的數(shù)值計(jì)算方法和測(cè)試方法是研究的難點(diǎn)。本文針對(duì)這一前沿課題展開研究工作，旨在探索多孔質(zhì)材料滲透系數(shù)的測(cè)試方法和研究多孔

2、質(zhì)氣體靜壓軸承靜態(tài)性能的數(shù)值計(jì)算和測(cè)試方法。主要內(nèi)容如下:
　　(1)本文在考慮氣體的可壓縮性和氣體在多孔質(zhì)材料中的流動(dòng)存在慣性損失影響的前提下，建立各向同性多孔質(zhì)材料滲透系數(shù)的數(shù)學(xué)模型，提出了一種各向同性多孔質(zhì)石墨滲透系數(shù)的測(cè)試方法。設(shè)計(jì)了一套實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)量不同供氣壓力下的體積流量，計(jì)算得到多孔質(zhì)石墨試件的滲透系數(shù)，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該測(cè)試方法的可行性。
　　(2)本文從流體三維流動(dòng)的基本控制方程出發(fā)，結(jié)合氣體靜壓軸承實(shí)際工

3、作情況，在一定的基本假設(shè)前提下，分別研究了全多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承和局部多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能的計(jì)算模型。
　　(3)本文應(yīng)用基于有限體積法的FLUENT軟件，依次對(duì)全多孔質(zhì)節(jié)流和局部多孔質(zhì)節(jié)流氣體靜壓止推軸承進(jìn)行了三維數(shù)值模擬計(jì)算，分析了軸承節(jié)流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)、多孔介質(zhì)的特性參數(shù)以及工況參數(shù)對(duì)軸承靜特性的影響，得出了相應(yīng)的承載力、靜態(tài)剛度和氣體消耗量隨氣膜間隙變化的曲線，并提出了幾點(diǎn)關(guān)于這兩種不同節(jié)流形式氣體靜壓止推軸承設(shè)

4、計(jì)的建議。
　　(4)本文自行構(gòu)建了氣體靜壓止推軸承性能測(cè)試平臺(tái)，分別對(duì)全多孔質(zhì)石墨氣體靜壓止推軸承、局部多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承和小孔節(jié)流氣體靜壓止推軸承的靜態(tài)性能進(jìn)行了測(cè)試研究，并與數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果吻合較好，驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。當(dāng)供氣壓力為0.5MPa，多孔質(zhì)材料其粘性滲透系數(shù)為7.877×10-15m2、厚度為10mm、直徑為45mm、氣膜間隙為3μm～5μm時(shí)，全多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸