基于動(dòng)靜壓復(fù)合潤(rùn)滑原理的氣體止推軸承技術(shù).pdf

1、氣體潤(rùn)滑技術(shù)是實(shí)現(xiàn)超精密運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)的主要手段，是超精加工裝備、超精檢測(cè)系統(tǒng)和超精密光機(jī)電一體化儀器與裝備的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著超精密儀器裝備技術(shù)的發(fā)展，精度性能水平進(jìn)一步提高，對(duì)運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)技術(shù)提出了更高的要求，主要體現(xiàn)在超精密、高剛度和大載荷等方面，經(jīng)典氣體潤(rùn)滑技術(shù)承載能力和剛度較低，直接制約和影響了超精密儀器裝備技術(shù)的發(fā)展。
　　本課題“基于動(dòng)靜壓復(fù)合潤(rùn)滑原理的氣體止推軸承技術(shù)”研究的主要目的是解決超精密、高剛度、大載荷和低流量回轉(zhuǎn)基

2、準(zhǔn)問(wèn)題，著重以動(dòng)靜壓復(fù)合潤(rùn)滑氣體止推軸承為對(duì)象，開(kāi)展理論描述、建模、靜態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證、動(dòng)態(tài)仿真和對(duì)比工作，解決其工作機(jī)理問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
　　首先，針對(duì)萊利軸承的基礎(chǔ)理論模型，即無(wú)限寬階形動(dòng)壓平板，進(jìn)行機(jī)理研究，在不可壓縮條件下建立了承載能力和剛度的解析模型，分別以最大承載能力和最大剛度為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果表明：經(jīng)典理論在無(wú)限寬階形動(dòng)壓平板的優(yōu)化問(wèn)題上存在偏差；采用二維有限元仿真技術(shù)，在可壓縮條件下進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3、，提出了可壓縮條件下的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)修正方法；采用過(guò)渡因子法能夠有效抑制溝槽根部的漩流現(xiàn)象，有限元優(yōu)化結(jié)果表明：最佳過(guò)度因子為0.6，采用最佳過(guò)度因子，承載能力提高6％。
　　為揭示動(dòng)靜壓之間的耦合規(guī)律，在不可壓縮條件下，以惠普爾理論和壓力對(duì)數(shù)分布假設(shè)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了三種典型結(jié)構(gòu)形式的動(dòng)靜壓復(fù)合潤(rùn)滑氣體止推軸承，在不可壓縮條件下建立了相應(yīng)的承載能力、剛度和流量的歸一化解析模型，對(duì)解析模型進(jìn)行了分析對(duì)比，結(jié)果表明：(1)泵出式動(dòng)靜壓復(fù)合

4、潤(rùn)滑氣體止推軸承在充分利用了動(dòng)靜壓承載能力和剛度的同時(shí)，也充分利用了動(dòng)靜壓之間的耦合作用，在三種結(jié)構(gòu)形式中其剛度和流量是最大的；(2)人字槽動(dòng)靜壓復(fù)合潤(rùn)滑氣體止推軸承，利用了動(dòng)靜壓之間的結(jié)構(gòu)耦合，但動(dòng)靜壓之間的壓力耦合以及壓力與結(jié)構(gòu)之間的交叉耦合沒(méi)有得到充分利用，其剛度和流量介于泵入式與泵出式之間；(3)對(duì)于泵入式動(dòng)靜壓復(fù)合潤(rùn)滑氣體止推軸承，其表面特征函數(shù)恒小于零，說(shuō)明動(dòng)靜壓之間的結(jié)構(gòu)耦合嚴(yán)重削弱了承載能力和剛度，而壓力耦合卻大幅度減小

5、了氣體軸承流量，這種形式的復(fù)合軸承承載能力、剛度和流量是最小的，在靜態(tài)條件下，由于動(dòng)壓效應(yīng)和壓力耦合消失，其氣體流量反而會(huì)大幅度增加。
　　在對(duì)三種典型結(jié)構(gòu)形式的動(dòng)靜壓復(fù)合潤(rùn)滑氣體止推軸承的分析對(duì)比基礎(chǔ)之上，提出了動(dòng)靜壓復(fù)合氣體軸承的統(tǒng)一歸一化解析模型，解析表達(dá)了動(dòng)靜壓之間的耦合作用機(jī)理，為動(dòng)靜壓復(fù)合潤(rùn)滑技術(shù)的研究提供了一種線性化近似方法。
　　構(gòu)建了動(dòng)靜壓復(fù)合潤(rùn)滑氣體止推軸承靜態(tài)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了三種典型結(jié)構(gòu)動(dòng)靜壓復(fù)合潤(rùn)

6、滑氣體止推軸承的靜態(tài)增益系數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：在靜態(tài)條件下，與經(jīng)典靜壓氣體潤(rùn)滑軸承相比，泵出式止推軸承極限承載能力提高了5.3倍，最大剛度提高了7.2倍；人字槽止推軸承極限承載能力提高了4.6倍，最大剛度提高了6倍；泵入式止推軸承極限承載能力降低了75%，最大剛度降低了78%，氣體流量增大2倍左右，因此這種結(jié)構(gòu)形式不適用于低速軸承。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中未發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。
　　動(dòng)態(tài)仿真表明：在動(dòng)態(tài)條件下由于動(dòng)壓效應(yīng)和壓力耦合作用，泵出式和人字槽