發(fā)布時間：2021-07-21 04:54

　　非接觸懸浮技術(shù)在醫(yī)療器械、精密制造和航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價值。該技術(shù)給機械行業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的機遇和挑戰(zhàn)。氣體懸浮技術(shù)因其具有摩擦阻力小、結(jié)構(gòu)簡單、易于維護和散熱性好等優(yōu)點被認為是適用于高精密、高轉(zhuǎn)速和高溫情況下的理想非接觸懸浮技術(shù)。盡管氣體懸浮技術(shù)的優(yōu)點很明顯,但是氣體較小的粘度使得其承載能力相對較低。另外氣體懸浮技術(shù)對加工精度要求較高,其性能容易受到表面加工特性的影響。針對上述問題,本文提出在相對運動的表面刻槽來改善氣體動壓與擠壓懸浮的承載能力和懸浮性能。同時,建立表面粗糙度和表面加工誤差模型來分析表面加工精度對微型尺寸下的氣體動壓懸浮特性的影響。本文的主要研究內(nèi)容和成果概括為如下幾點:以微型球面刻槽軸承為對象,研究微觀尺寸下的氣體動壓懸浮特性。根據(jù)微型球面刻槽軸承的形狀和結(jié)構(gòu)特點,選擇合適的滑移流速度邊界條件,建立稀薄氣體潤滑的雷諾方程。為了降低表面刻槽所帶來的氣膜厚度不連續(xù)對求解精度的影響,首先通過兩次坐標變化將雷諾方程轉(zhuǎn)換到斜坐標系下,使槽的邊界平行于求解域的邊界,以確保在網(wǎng)格劃分的時候槽的邊界正好處在網(wǎng)格線上。然后對雷諾方程在求解域內(nèi)的單位面積上進行積分,并用格林... 

【文章來源】：湖南大學湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：165 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

常見的無油潤滑與懸浮方法

4圖 1.2 氣體懸浮模型動壓氣體懸浮的原理如圖1.2（a）所示。兩個相對運動的表面之間形成鍥形。當相對運動的速度升高時，氣體由于粘性效應(yīng)也隨之快速流入大間隙并快速通過鍥形，最后從小間隙處流出。在這個過程中氣體的體積快速地由大變小導(dǎo)致氣體發(fā)生壓縮，使得鍥形中形成一層高壓氣膜以懸浮起物體。該原理通常被用來設(shè)計為動壓氣浮軸承以用于支承高速旋轉(zhuǎn)機械。擠壓氣體懸浮的原理如圖1.2（b）所示。它是指兩個平面在法向高頻地相對運動使得這兩個平面之間的氣體受到高頻擠壓以懸浮起上端的平面。前面提到的近場聲懸浮就屬于這種類型。而且這種懸浮方式結(jié)構(gòu)緊湊，只需要一個高頻的平面振子就可以作為輸入源。懸浮板浮起來后在水平方向上既可以保持靜止也可以通過施加外力使其在水平方向高速移動。另外，通過改變懸浮板的尺寸既可以實現(xiàn)對MEMS級別的微小尺寸物體懸浮也可以實現(xiàn)對宏觀尺寸的物體懸浮。靜壓氣體懸浮的原理如圖1.2（c）所示。它是利用外部通入到氣膜間隙內(nèi)的高壓氣體來支承懸浮物體。節(jié)流器起到連接外部氣源和控制流量的作用。靜壓氣體懸浮是一種非常好的非接觸懸浮方式。不同于動壓和擠壓氣體懸浮，這種懸浮方式不依賴于相對運動。而且，其剛度大，運動精度極高。通過提高外界供氣壓理論上可以讓靜壓氣體懸浮的承載能力達到無限大。但是為了提高承載能力

[41]教授牽頭研究硅基MEMS能源系統(tǒng)，如圖1.3（a）所示，并加工出了微型動壓氣浮軸承來滿足轉(zhuǎn)速高達百萬轉(zhuǎn)每分鐘的使用要求。2011年，韓國的Son等人[42]研究通過光刻技術(shù)制造了一款適用于MEMS能源系統(tǒng)的箔片氣浮軸承，如圖1.3（b）所示。2016年，美國的Fang和Liu[43]開發(fā)了一種原位測量方案，如圖1.3（c）所示，通過使用敏感的MEMS微型力傳感器準確地測量出微型氣浮軸承啟動階段以及穩(wěn)定運行狀態(tài)下的摩擦力矩。實驗證明這種方法可以被廣泛地使用來測量各種微型徑向氣浮軸承的摩擦力矩。圖 1.3 動壓氣浮軸承的相關(guān)實驗研究[41-43]早在1954年，Tipei[44]就發(fā)表了關(guān)于氣體擠壓膜理論的相關(guān)研究

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Thermoelastohydrodynamic behaviour of inclined-ellipse dimpled gas face seals[J]. DING ShaoPeng,BAI ShaoXian.  Science China（Technological Sciences）. 2017(04)
[2]箔片動壓氣體軸承在低溫透平膨脹機中的應(yīng)用[J]. 侯予,楊山舉,陳興亞,陳汝剛,賴天偉,陳雙濤.  哈爾濱工程大學學報. 2015(04)
[3]徑向氣體軸承-柔性轉(zhuǎn)子耦合系統(tǒng)動力學研究[J]. 張廣輝,劉占生.  航空動力學報. 2010(06)
[4]新型潤滑技術(shù)研究進展[J]. 盛麗萍,李芬芳,范成凱.  潤滑油. 2009(01)
[5]微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)徑向氣體軸承特性[J]. 張文明,孟光,陳迪.  機械工程學報. 2008(05)
[6]靜電懸浮技術(shù)研究進展[J]. 胡亮,魯曉宇,侯智敏.  物理. 2007(12)
[7]氣體潤滑技術(shù)及其研究進展[J]. 靳兆文.  通用機械. 2007(03)
[8]基于光壓原理的微堆積制造技術(shù)[J]. 陳立峰,張人佶.  物理. 2003(12)
[9]介質(zhì)微粒的光捕陷、光懸浮和光操縱[J]. 蔡惟泉.  物理學進展. 1997(01)
[10]低溫空氣透平膨脹機的氣體槽式動壓軸承[J]. 郭有儀,葉士祿,邵平,郁彪,周宗瑾.  西安交通大學學報. 1989(03)

博士論文
[1]微渦輪發(fā)動機氣體軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動力學研究[D]. 張小青.北京理工大學 2014
[2]超聲懸浮/氣浮的混合懸浮及其行波驅(qū)動機理及實驗研究[D]. 劉家郡.吉林大學 2013
[3]近場超聲非接觸支撐與傳輸系統(tǒng)的理論與實驗研究[D]. 李錦.上海交通大學 2012

碩士論文
[1]半球型動壓氣浮軸承潤滑機理研究與性能優(yōu)化[D]. 黃爭.湖南大學 2016
[2]渦輪機械模擬實驗臺的設(shè)計與實驗研究[D]. 張俊.湖南大學 2016
[3]精密離心機氣體軸承承載特性及穩(wěn)定性研究[D]. 陳建偉.電子科技大學 2016
[4]仿生表面波箔氣體推力軸承性能研究[D]. 張昭東.南京航空航天大學 2016
[5]超聲波近場懸浮穩(wěn)定性與懸浮高度研究[D]. 魏劍宇.大連理工大學 2015
[6]大負載球形氣浮軸承設(shè)計及流場特性的數(shù)值模擬研究[D]. 陳路.哈爾濱工業(yè)大學 2013
[7]織構(gòu)化表面的潤滑特性及推力軸承應(yīng)用研究[D]. 朱敏.武漢理工大學 2013
[8]超聲懸浮夾具的基礎(chǔ)性研究[D]. 凌宏.大連理工大學 2009



本文編號：3294353