平面空氣靜壓軸承承載特性研究.pdf

1、隨著航天技術(shù)、微電子技術(shù)和精密加工等學科的發(fā)展，對于產(chǎn)品精度的要求越來越高。空氣靜壓軸承以其高精度、低摩擦、無污染的特點廣泛應(yīng)用于航空航天、食品醫(yī)藥以及高精密機床和測量儀器等領(lǐng)域中。特別在航天器地面仿真實驗系統(tǒng)中，為了完全模擬太空中無摩擦的失重環(huán)境，平面空氣靜壓止推軸承作為主要的支承部件承擔著整個氣浮臺及其相關(guān)設(shè)備的重量。因而，提高空氣靜壓軸承的承載能力，優(yōu)化軸承節(jié)流器的節(jié)流作用，就成了氣體靜壓潤滑理論研究和空氣軸承設(shè)計的重要內(nèi)容。

2、r>　　傳統(tǒng)的空氣靜壓止推軸承多采用節(jié)流孔供氣的方法，這也是研究起步最早、目前理論分析和實驗研究較多的一種節(jié)流器形式。在已有的研究成果中，國內(nèi)外學者在設(shè)計和選擇時多采用經(jīng)驗公式和工程方法，對節(jié)流孔的節(jié)流類型分為小孔節(jié)流方式和環(huán)面節(jié)流方式兩種。隨著進口效應(yīng)和激波假設(shè)的提出，在傳統(tǒng)的空氣靜壓軸承設(shè)計理論中廣泛采用的“兩塊式流動假設(shè)”（即：第一部分為供氣孔中等熵流動，第二部分為間隙氣膜內(nèi)完全發(fā)展的等溫層流）已明顯不能滿足當代研究和應(yīng)用中對空氣

3、靜壓軸承在精確度和準確性方面的要求。如何準確描述軸承在工作時隨著節(jié)流孔處結(jié)構(gòu)參數(shù)不同軸承節(jié)流器表現(xiàn)出來的不同節(jié)流類型，在現(xiàn)有條件下從改進節(jié)流效果入手，而非單純依靠提高供氣壓力或者追求小氣膜厚度來提高小孔節(jié)流空氣靜壓軸承的承載能力，這不僅從本質(zhì)上完善和充實了空氣軸承設(shè)計理論，充分利用了軸承自身所具備的承載力提升空間，也減小了對外界能源的消耗和在追求加工精度方面需要的額外投入。
　　在廣泛調(diào)研國內(nèi)外關(guān)于小孔節(jié)流空氣靜壓止推軸承研究成果

4、的基礎(chǔ)上，本文從流體潤滑理論出發(fā)，根據(jù)供氣孔處結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的相互關(guān)系和制約條件，全面考慮各流域可能出現(xiàn)的流動狀態(tài)和可能造成的節(jié)流作用，遵循可壓縮雷諾方程的推導結(jié)果對空氣靜壓止推軸承的工作氣膜進行數(shù)學建模，將可壓縮雷諾氣體潤滑方程與邊界條件聯(lián)立求解得到軸承氣膜中的壓力分布，進而求解軸承的承載力并得出相應(yīng)的結(jié)論。在理論分析的基礎(chǔ)上，本文以多孔供氣小孔節(jié)流空氣靜壓止推軸承為例，研究不同節(jié)流類型下具體參數(shù)對軸承承載能力的影響規(guī)律。分別研究軸承在

5、靜態(tài)承載、發(fā)生傾側(cè)以及受到外界干擾作用時，各典型節(jié)流類型軸承在承載性能上表現(xiàn)出來的特點，這樣以來就可以根據(jù)不同的使用需要選擇適當?shù)墓?jié)流類型，并得到各節(jié)流類型下相應(yīng)的優(yōu)化參數(shù)。本文最后通過搭建實驗臺，將靜態(tài)實驗、傾側(cè)實驗和動態(tài)實驗三部分的實測值與理論分析和數(shù)值計算的結(jié)果相比較，證明本文中模型建立和研究結(jié)果真實可靠。本文的研究結(jié)論使靜壓潤滑理論在空氣軸承設(shè)計方面得到了豐富和完善，并為實際生產(chǎn)過程中空氣靜壓止推軸承的選擇和應(yīng)用提供了一套完整的