真空環(huán)境靜壓氣體軸承的結構設計和密封方法研究.pdf

1、隨著高新科技的快速發(fā)展，軸承工作環(huán)境、速度和精度的要求不斷提高，靜壓氣體軸承由于高速度、高精度、粘性摩擦小、低功耗等優(yōu)點應用于三坐標測量機、微電子制造平臺等超精密設備。隨著下一代光刻曝光、干涉測量和半導體檢測技術的發(fā)展，軸承工作環(huán)境逐漸變?yōu)檎婵栈蛘吒邼嵀h(huán)境，相對于大氣環(huán)境中，真空環(huán)境下靜壓氣體軸承內流場比較復雜，軸承靜動態(tài)性能都會發(fā)生變化，而且必須添加密封結構減少氣體泄漏量。目前，對于真空環(huán)境下的靜壓氣體軸承研究還不豐富，軸承結構設計和

2、參數優(yōu)化方法還不成熟。為此，本文設計適用于真空環(huán)境下的靜壓氣體軸承，運用有限元法和修正的潤滑模型數值模擬真空環(huán)境下靜壓氣體軸承流場，分析結構參數和工作參數對軸承性能的影響，并進行了相應的仿真和實驗研究，主要包括以下內容：
　　1）為了研究真空環(huán)境對靜壓氣體軸承性能的影響，設計了真空環(huán)境下工作的靜壓氣體軸承，采用多級排氣槽的密封結構降低真空環(huán)境中的軸承氣體泄漏量。通過仿真和數值模擬分析真空環(huán)境中靜壓氣體軸承的穩(wěn)態(tài)性能和氣體泄漏量，發(fā)

3、現增大排氣槽數量可以有效地降低泄漏量，且排氣槽的分布半徑越小氣體泄漏量越小。
　　2）利用有限元法數值求解靜壓氣體軸承穩(wěn)態(tài)的氣體壓力分布、承載力和耗氣量等性能參數，分析結構參數和工作參數對低真空環(huán)境下靜壓氣體軸承性能的影響。結果表明節(jié)流孔直徑可以提高軸承的承載能力和剛度，最佳氣膜厚度增大；供氣壓力使軸承承載能力和耗氣量線性增大，但是為了保持軸承工作的穩(wěn)定性供氣壓力不宜太大；真空環(huán)境可以一定程度提升靜壓氣體軸承的承載力，但是耗氣量也

4、會增加；
　　3）分析不同修正潤滑模型的適用范圍，準確求得高真空環(huán)境下靜壓氣體軸承穩(wěn)態(tài)的氣膜壓力分布，分析工作參數對真空環(huán)境下靜壓氣體軸承性能的影響。結果表明軸承承載區(qū)域的氣體壓力分布可以通過一階潤滑模型快速求解，而在軸承密封區(qū)域的氣膜壓力分布采用1.5階潤滑模型可以得到更為精確的解；結合不同模型得出了數值模擬結果，得知在不考慮泄漏量時，密封區(qū)域對軸承性能的影響不大，基本可以忽略不計。軸承工作參數對軸承性能的影響與有限元法分析結果