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動精度高，經(jīng)久耐用，對環(huán)境沒有污染等特點，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和難點。
　　本文首先對國內(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，針對剛度低、承載力不足設(shè)計了并行多微通道

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、仿真計算和實驗驗證三位一體的研究方法對并行多微通道氣體靜壓止推軸承穩(wěn)定性和靜動態(tài)特性加以研究，為氣體靜壓止推軸承的優(yōu)化設(shè)計以及在大型機床和超精密工作平臺的實際應(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、氣阻勢流等效網(wǎng)絡(luò)分析法對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氣體靜壓止推軸承靜特性產(chǎn)生的影響因素。在動態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，利用小參數(shù)攝動理論推導(dǎo)了并行多微通道氣體靜壓止推軸承的動態(tài)剛度和動態(tài)阻尼表達(dá)式，給出了氣體靜壓軸承氣膜動剛度、動阻尼的計算方法，對氣膜壓力系統(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剛度和動阻尼的變化規(guī)律和影響因素。
　　利用FLUENT軟

4、件對并行多微通道氣體靜壓止推軸承靜特性和動特性仿真計算。靜特性仿真計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)流通道中流動特點和氣膜流場內(nèi)的壓力分布，以及作用在軸承上的壓力變化趨勢，并繪制了靜態(tài)特性曲線，得到了氣膜入口區(qū)域的流場特性和壓力回升區(qū)域流場特性，當(dāng)小氣膜間隙時的氣流速度特性，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態(tài)特性時，仿真計算了不同供氣壓力下軸承的干擾頻率對氣膜系統(tǒng)的動剛度和動阻尼的影響，得到了供氣壓力和擾動頻率對氣體軸承動態(tài)特性的影響，并對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)計了并行多微通道氣體靜壓止推軸承實驗臺，該實驗臺能夠滿足S型

6、力傳感器、電感測微測頭、微型壓力傳感器和直線位移傳感器同時工作，該實驗臺的加載機構(gòu)采用了彈簧加載原理，實現(xiàn)了加載的連續(xù)性和穩(wěn)定性，設(shè)計了并行多微通道氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能的實驗測量方案，同時根據(jù)測量系統(tǒng)的要求編寫了測量氣膜厚度和剛度的軟件，該軟件實現(xiàn)了同步采集串口傳輸?shù)碾姼袀鞲衅鳒y量值和數(shù)據(jù)采集卡采集的載荷值以及實測點數(shù)值與計算的氣膜剛度值，使得測量數(shù)據(jù)可儲存，圖像實時可視化，實現(xiàn)了這些數(shù)據(jù)直觀的顯示并且可以輸出打印出來。