【摘要】：多孔質(zhì)靜壓氣體軸承因其摩擦系數(shù)非常小,承載力大,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,剛度和阻尼性能好,使其廣泛應(yīng)用于精密機(jī)械。多孔質(zhì)軸承由外界提供高壓氣體,氣體通過(guò)多孔質(zhì)材料,由于多孔質(zhì)材料內(nèi)部有許多微小的氣孔,每個(gè)氣孔相當(dāng)于一個(gè)節(jié)流孔,使多孔質(zhì)軸承表面形成一層高壓氣膜,用于承載物體。由于多孔質(zhì)軸承內(nèi)部氣體流動(dòng)模型較復(fù)雜,受外界供氣壓,軸承參數(shù),加工制作等影響較大,且目前主要研究多孔質(zhì)軸承在低速、重載情況下的應(yīng)用,對(duì)軸承在高速應(yīng)用下的研究較少。因此,本文首先建立多孔質(zhì)軸承的靜態(tài)理論模型,探究不同的因素對(duì)多孔質(zhì)軸承特性的影響;設(shè)計(jì)可傾瓦多孔質(zhì)軸承支承的高速轉(zhuǎn)子系統(tǒng),研究其振動(dòng)特性。本文主要研究?jī)?nèi)容和取得成果如下:(1)基于達(dá)西定律和質(zhì)量守恒方程,建立了多孔質(zhì)靜壓氣體止推軸承的靜態(tài)氣體流動(dòng)理論模型,給出邊界條件,對(duì)其進(jìn)行數(shù)值求解。探究了不同滲透率多孔質(zhì)材料,多孔質(zhì)材料厚度對(duì)軸承氣體質(zhì)量流量、承載力和剛度等靜態(tài)性能的影響,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與理論對(duì)比,驗(yàn)證了所建理論模型的正確性。(2)設(shè)計(jì)可傾瓦多孔質(zhì)靜壓氣體軸承支承的高速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。設(shè)計(jì)兩根轉(zhuǎn)子軸,分別用于剛性軸和柔性軸的研究。計(jì)算可傾瓦多孔質(zhì)軸承的動(dòng)態(tài)剛度和阻尼系數(shù)后,用XLrotor對(duì)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)仿真,分析系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速,穩(wěn)定性,幅值放大系數(shù)等,使其能夠滿足設(shè)計(jì)要求,轉(zhuǎn)動(dòng)性能良好。(3)設(shè)計(jì)了曲面弧度分別為60°和75°兩種結(jié)構(gòu)的可傾瓦多孔質(zhì)靜壓氣體軸承,對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)性能進(jìn)行初步轉(zhuǎn)動(dòng)研究。曲面弧度60°的軸承對(duì)軸懸浮效果不是太好,轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)渦輪驅(qū)動(dòng)氣壓較大,曲面弧度75°的軸承懸浮效果較好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振幅較小,但是高倍頻較多。
【圖文】：

用來(lái)承載物體，由于多孔質(zhì)內(nèi)部微小氣孔非常多，分布均勻承工作面積大，承載力大，穩(wěn)定性較好。多孔質(zhì)材料是由固態(tài)通的間隙組成，細(xì)心間隙即是節(jié)流微孔，僅允許通過(guò)極少部分承放入水中，效果如圖１．２所示。與傳統(tǒng)軸承相比，多孔質(zhì)軸應(yīng)用于超精密機(jī)械，承載力和剛度比傳統(tǒng)的滾動(dòng)軸承要小；與相比，多孔質(zhì)軸承承載力和剛度大，無(wú)起飛轉(zhuǎn)速，適合應(yīng)用于導(dǎo)軌，主軸和氣浮平臺(tái)。多孔質(zhì)軸承內(nèi)部氣體流動(dòng)較復(fù)雜，較工，供氣壓對(duì)軸承性能的影響較大；另外，當(dāng)承載力達(dá)到一定承也會(huì)發(fā)生氣錘不穩(wěn)定現(xiàn)象。具體而言，多孔質(zhì)軸承具有以下造價(jià)便宜；裝配方便，不需要用特殊儀器；正常工作時(shí)幾乎無(wú)精度高；剛度和阻尼相對(duì)較好；無(wú)油潤(rùn)滑，對(duì)環(huán)境友好；使用高溫等條件下使用。多孔質(zhì)軸承目前有多孔質(zhì)止推軸承，多孔瓦多孔質(zhì)軸承，真空預(yù)載多孔質(zhì)軸承，矩形多孔質(zhì)軸承等。根質(zhì)軸承可以分為整體節(jié)流多孔質(zhì)和局部節(jié)流多孔質(zhì)。逡逑

質(zhì)靜壓軸承具有許多優(yōu)點(diǎn)及各種各樣的結(jié)構(gòu)形式，使其在航天，醫(yī)療器械，電子加工等領(lǐng)域受到越來(lái)越來(lái)廣泛的應(yīng)用，進(jìn)一步孔質(zhì)靜壓氣體軸承的研究。具體應(yīng)用領(lǐng)域如下：逡逑１）超精密氣浮平臺(tái)逡逑東京工業(yè)大學(xué)Ｈ．Ｓｈｉｎｎｏ，Ｈ．Ｙｏｓｈｉｏｋａ，邋Ｈ．Ｓａｗａｎｏ等人設(shè)計(jì)制作定位氣浮平臺(tái)，用于超精密工作情況［６］。結(jié)構(gòu)如圖１．３所示，靜壓軸承懸浮，采用磁體進(jìn)行預(yù)緊，平臺(tái)采用兩級(jí)傳動(dòng)，首先傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的大行程，，然后采用音圈電機(jī)進(jìn)行二級(jí)傳動(dòng)，。采用激光位移傳感器測(cè)量定位，最后采用ＰＤＦ進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，的量程可以實(shí)現(xiàn)邋０．３ｎｍ邋的定位。Ｈ．Ｓｈｉｎｎｏ，Ｈ．Ｙｏｓｈｉｏｋａ，邋Ｋ．Ｔａｎｉｇ了一個(gè)ＸＹ方向定位平臺(tái)，平臺(tái)采用５個(gè)多孔質(zhì)靜壓氣體軸承切削，使加工誤差Ｘ軸方向±２ｎｍ內(nèi)，Ｙ軸定位誤差在±５ｎｒｎ達(dá)到３．２ｎｍ。其它形式的的多孔質(zhì)靜壓軸承支承超精密氣浮平臺(tái)Ｗａｖｅｌｅｎｔｈ，．逡逑
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TH133.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2668976