氣體靜壓軸承氣錘振動機理分析與實驗研究.pdf

1、氣體靜壓支承具有摩擦功耗低、溫升小和誤差均化等優(yōu)勢，大幅度地減小了由于運動部件間摩擦、發(fā)熱及變形引起的誤差，實現(xiàn)了運動機構(gòu)的精度由微米量級向納米量級地提升，已成為精密和超精密加工裝備的主流支承方式。但是氣體靜壓支承內(nèi)部氣體流動引發(fā)的振動仍然不可忽視，特別是非穩(wěn)態(tài)的氣錘振動現(xiàn)象，將直接導致氣浮支承結(jié)構(gòu)喪失功能而無法正常工作，是制約氣體靜壓支承結(jié)構(gòu)實現(xiàn)大承載力、高剛度及高精度的關(guān)鍵因素之一，已成為氣體靜壓支承技術(shù)研究的熱點與難點。因此，本文

2、圍繞此前沿課題，結(jié)合數(shù)值模擬和振動實驗，研究了氣體靜壓軸承氣錘振動現(xiàn)象的產(chǎn)生機理和抑制措施，其研究內(nèi)容和成果如下:
　　(1)運用氣體靜壓潤滑理論，建立了氣浮支承—氣膜力學三維物理模型。數(shù)值模擬結(jié)果表明:對比二維模型，三維模型不僅能夠更加精確的反應(yīng)氣膜間隙流場的分布規(guī)律，而且更能獲取流場的三維微觀特性，為氣錘振動模型的建立提供參數(shù)支承;
　　(2)構(gòu)建了氣體靜壓軸承氣錘振動現(xiàn)象的數(shù)學模型，采用數(shù)值模擬方法，研究了氣體靜壓軸承

3、設(shè)計參數(shù)與氣錘振動現(xiàn)象的內(nèi)在關(guān)系，揭示了軸承設(shè)計參數(shù)與氣錘振動現(xiàn)象的規(guī)律，進一步分析了氣錘振動現(xiàn)象的誘因;
　　(3)研究了氣體靜壓支承系統(tǒng)的內(nèi)部擾動源—氣旋現(xiàn)象。獲得了供氣壓力、氣膜間隙、壓力腔形狀及結(jié)構(gòu)參數(shù)等設(shè)計參數(shù)對氣旋現(xiàn)象的影響規(guī)律性，闡釋了氣旋作為內(nèi)部擾動源，如何誘使氣膜流場與支承工作面產(chǎn)生流固耦合，導致氣膜內(nèi)部壓力波動增強，誘發(fā)氣浮支承系統(tǒng)發(fā)生共振，產(chǎn)生氣錘振動現(xiàn)象的過程;
　　(4)自行設(shè)計構(gòu)建了實驗平臺，驗證

4、了氣錘振動現(xiàn)象與氣浮支承設(shè)計參數(shù)之間的內(nèi)在規(guī)律性，證實了氣膜內(nèi)部壓力波動導致系統(tǒng)共振，誘發(fā)氣錘振動現(xiàn)象，并深入探尋了氣錘振動現(xiàn)象的發(fā)生機理，提出了避免氣浮支承結(jié)構(gòu)發(fā)生氣錘振動現(xiàn)象的方法。
　　本文通過數(shù)值模擬和振動實驗的方法，闡述了氣浮支承氣錘振動現(xiàn)象的發(fā)生過程，揭示了氣錘振動的產(chǎn)生機理，進一步研究了氣浮支承內(nèi)部擾動源和氣錘振動現(xiàn)象與氣體靜壓支承設(shè)計參數(shù)之間的規(guī)律性;探尋了如何抑制氣旋現(xiàn)象和避免氣錘振動現(xiàn)象發(fā)生的有效途徑，并提出了