并行多微通道氣體靜壓止推軸承承載特性研究.pdf

1、由于氣體靜壓軸承具有運(yùn)動(dòng)精度高，經(jīng)久耐用，對(duì)環(huán)境沒有污染等特點(diǎn)，所以得到了廣泛應(yīng)用。但隨著精密、超精密技術(shù)的發(fā)展，對(duì)氣體靜壓軸承的剛度和穩(wěn)定性有著更高的要求，而氣體靜壓軸承的剛度與穩(wěn)定性是一對(duì)矛盾，目前的技術(shù)水平還難以將二者兼顧，那么在保證氣體靜壓軸承穩(wěn)定的條件下，氣膜剛度最大化是研究氣體靜壓軸承的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
　　本文首先對(duì)國內(nèi)外氣體靜壓技術(shù)發(fā)展水平以及軸承采用的節(jié)流技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r給予分析，針對(duì)剛度低、承載力不足設(shè)計(jì)了并行多微通道

2、氣體靜壓止推軸承，目的是提高氣體靜壓止推軸承的靜態(tài)剛度、承載力，以及軸承穩(wěn)定性，采取了理論分析、仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三位一體的研究方法對(duì)并行多微通道氣體靜壓止推軸承穩(wěn)定性和靜動(dòng)態(tài)特性加以研究，為氣體靜壓止推軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及在大型機(jī)床和超精密工作平臺(tái)的實(shí)際應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。
　　建立了并行多微通道氣體靜壓止推軸承的靜態(tài)特性及動(dòng)態(tài)特性數(shù)學(xué)模型。在靜態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了氣體靜壓止推軸承的靜特性參數(shù)，建立了節(jié)流系統(tǒng)的氣阻數(shù)學(xué)模型，利用

3、氣阻勢(shì)流等效網(wǎng)絡(luò)分析法對(duì)并行多微通道氣體靜壓止推軸承節(jié)流系統(tǒng)氣阻進(jìn)行分析，確定了節(jié)流系統(tǒng)氣阻以及氣膜氣阻對(duì)氣體靜壓止推軸承靜特性產(chǎn)生的影響因素。在動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，利用小參數(shù)攝動(dòng)理論推導(dǎo)了并行多微通道氣體靜壓止推軸承的動(dòng)態(tài)剛度和動(dòng)態(tài)阻尼表達(dá)式，給出了氣體靜壓軸承氣膜動(dòng)剛度、動(dòng)阻尼的計(jì)算方法，對(duì)氣膜壓力系統(tǒng)進(jìn)行合理的線性化和方程組的簡化，分析了并行多微通道氣體靜壓止推軸承動(dòng)剛度和動(dòng)阻尼的變化規(guī)律和影響因素。
　　利用FLUENT軟

4、件對(duì)并行多微通道氣體靜壓止推軸承靜特性和動(dòng)特性仿真計(jì)算。靜特性仿真計(jì)算可直觀看到氣體在并行多微通道氣體靜壓止推軸承的節(jié)流通道中流動(dòng)特點(diǎn)和氣膜流場(chǎng)內(nèi)的壓力分布，以及作用在軸承上的壓力變化趨勢(shì)，并繪制了靜態(tài)特性曲線，得到了氣膜入口區(qū)域的流場(chǎng)特性和壓力回升區(qū)域流場(chǎng)特性，當(dāng)小氣膜間隙時(shí)的氣流速度特性，壓力陡降后的壓力回升的具體因素;當(dāng)大氣膜間隙時(shí)壓力陡降后的壓力回升具體因素，壓力回升過程中是否有激波產(chǎn)生并分析其原因，仿真計(jì)算結(jié)果表明，高壓區(qū)使氣

5、體靜壓軸承具有高負(fù)載能力，供氣壓力增加，載荷和氣體流速增加。分析影響并行多微通道氣體靜壓止推軸承剛度提高的因素，為開發(fā)高壓氣浮止推軸承奠定理論基礎(chǔ)。研究并行多微通道氣體靜壓止推軸承動(dòng)態(tài)特性時(shí)，仿真計(jì)算了不同供氣壓力下軸承的干擾頻率對(duì)氣膜系統(tǒng)的動(dòng)剛度和動(dòng)阻尼的影響，得到了供氣壓力和擾動(dòng)頻率對(duì)氣體軸承動(dòng)態(tài)特性的影響，并對(duì)并行多微通道氣體靜壓止推軸承的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。
　　設(shè)計(jì)了并行多微通道氣體靜壓止推軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)能夠滿足S型

6、力傳感器、電感測(cè)微測(cè)頭、微型壓力傳感器和直線位移傳感器同時(shí)工作，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載機(jī)構(gòu)采用了彈簧加載原理，實(shí)現(xiàn)了加載的連續(xù)性和穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)了并行多微通道氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方案，同時(shí)根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)的要求編寫了測(cè)量氣膜厚度和剛度的軟件，該軟件實(shí)現(xiàn)了同步采集串口傳輸?shù)碾姼袀鞲衅鳒y(cè)量值和數(shù)據(jù)采集卡采集的載荷值以及實(shí)測(cè)點(diǎn)數(shù)值與計(jì)算的氣膜剛度值，使得測(cè)量數(shù)據(jù)可儲(chǔ)存，圖像實(shí)時(shí)可視化，實(shí)現(xiàn)了這些數(shù)據(jù)直觀的顯示并且可以輸出打印出來。