氣體擠壓膜懸浮軸承的優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、氣體擠壓膜潤滑是在電致或磁致伸縮材料制成的換能器驅(qū)動或其他方式驅(qū)動下使兩表面在法線方向作高頻振動,從而使兩表面間隙內(nèi)的氣體不斷交替產(chǎn)生負(fù)壓和正壓的潤滑方式。正壓與負(fù)壓的不對稱性使擠壓膜具有承載能力。相對于氣體靜壓潤滑和氣體動壓潤滑,氣體擠壓膜潤滑具有結(jié)構(gòu)簡單,不需要外部氣源等優(yōu)點。在精密工程和微細(xì)加工領(lǐng)域,氣體擠壓膜潤滑有著廣闊的應(yīng)用前景,因此,氣體擠壓膜軸承的研究具有重要意義。
　　本文以氣體擠壓膜動力學(xué)理論為基礎(chǔ),建立氣體潤滑

2、的理論模型。通過氣體潤滑方程推導(dǎo)出氣體擠壓膜潤滑的控制方程,采用有限差分方法對可壓縮氣體的非線性控制方程進行數(shù)值求解,分析了激勵振幅、激振頻率等參數(shù)對擠壓膜的影響。由于擠壓膜內(nèi)部和外部氣流交換會導(dǎo)致邊界壓力發(fā)生變化,在大擠壓數(shù)條件下,采用傳統(tǒng)邊界條件即邊界處氣壓等于外界大氣壓求解模型存在較大的誤差,因此通過分析給出了一種合適的擠壓膜求解遠(yuǎn)端邊界條件?；谌嵝糟q鏈原理設(shè)計了一種徑向擠壓膜軸承,為提高其承載能力,利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法對新提出的擠

3、壓膜徑向軸承進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。在理論分析的基礎(chǔ)上,對氣體擠壓膜懸浮圓盤及所設(shè)計的超聲擠壓膜軸承進行了試驗測試,測試了激勵電壓、頻率等參數(shù)對懸浮高度和懸浮能力的影響。
　　理論研究與試驗證明振幅對擠壓膜承載能力的影響比激振頻率顯著,振幅越大,懸浮性能越好;隨著激振頻率的增大,承載能力變大,當(dāng)激振頻率大于某一值時,承載能力趨于穩(wěn)定;低擠壓數(shù)時,采用傳統(tǒng)邊界條件求解擠壓膜控制方程更為簡單方便;而在大擠壓數(shù)時,遠(yuǎn)端邊界條件計算結(jié)果更為精確