本文關(guān)鍵詞： 氣體靜壓止推軸承 并行多微通道 復(fù)合節(jié)流 高剛度 穩(wěn)定性　出處：《東北林業(yè)大學(xué)》2013年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：由于氣體靜壓軸承具有運(yùn)動(dòng)精度高,經(jīng)久耐用,對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染等特點(diǎn),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(duì)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(duì)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(diǎn)和難點(diǎn)。 本文首先對(duì)國(guó)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(duì)剛度低、承載力不足設(shè)計(jì)了并行多微通道氣體靜壓止推軸承,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(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三位一體的研究方法對(duì)并行多微通道氣體靜壓止推軸承穩(wěn)定性和靜動(dòng)態(tài)特性加以研究,為氣體靜壓止推軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及在大型機(jī)床和超精密工作平臺(tái)的實(shí)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(dòng)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,利用氣阻勢(shì)流等效網(wǎng)絡(luò)分析法對(duì)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(duì)氣體靜壓止推軸承靜特性產(chǎn)生的影響因素。在動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上,利用小參數(shù)攝動(dòng)理論推導(dǎo)了并行多微通道氣體靜壓止推軸承的動(dòng)態(tài)剛度和動(dòng)態(tài)阻尼表達(dá)式,給出了氣體靜壓軸承氣膜動(dòng)剛度、動(dòng)阻尼的計(jì)算方法,對(duì)氣膜壓力系統(tǒng)進(jìn)行合理的線(xiàn)性化和方程組的簡(jiǎn)化,分析了并行多微通道氣體靜壓止推軸承動(dòng)剛度和動(dòng)阻尼的變化規(guī)律和影響因素。 利用FLUENT軟件對(duì)并行多微通道氣體靜壓止推軸承靜特性和動(dòng)特性仿真計(jì)算。靜特性仿真計(jì)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(dòng)特點(diǎn)和氣膜流場(chǎng)內(nèi)的壓力分布,以及作用在軸承上的壓力變化趨勢(shì),并繪制了靜態(tài)特性曲線(xiàn),得到了氣膜入口區(qū)域的流場(chǎng)特性和壓力回升區(qū)域流場(chǎng)特性,當(dāng)小氣膜間隙時(shí)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(shí)壓力陡降后的壓力回升具體因素,壓力回升過(guò)程中是否有激波產(chǎn)生并分析其原因,仿真計(jì)算結(jié)果表明,高壓區(qū)使氣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(kāi)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(dòng)態(tài)特性時(shí),仿真計(jì)算了不同供氣壓力下軸承的干擾頻率對(duì)氣膜系統(tǒng)的動(dòng)剛度和動(dòng)阻尼的影響,得到了供氣壓力和擾動(dòng)頻率對(duì)氣體軸承動(dòng)態(tài)特性的影響,并對(duì)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(jì)了并行多微通道氣體靜壓止推軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái),該實(shí)驗(yàn)臺(tái)能夠滿(mǎn)足S型力傳感器、電感測(cè)微測(cè)頭、微型壓力傳感器和直線(xiàn)位移傳感器同時(shí)工作,該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載機(jī)構(gòu)采用了彈簧加載原理,實(shí)現(xiàn)了加載的連續(xù)性和穩(wěn)定性,設(shè)計(jì)了并行多微通道氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方案,同時(shí)根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)的要求編寫(xiě)了測(cè)量氣膜厚度和剛度的軟件,該軟件實(shí)現(xiàn)了同步采集串口傳輸?shù)碾姼袀鞲衅鳒y(cè)量值和數(shù)據(jù)采集卡采集的載荷值以及實(shí)測(cè)點(diǎn)數(shù)值與計(jì)算的氣膜剛度值,使得測(cè)量數(shù)據(jù)可儲(chǔ)存,圖像實(shí)時(shí)可視化,實(shí)現(xiàn)了這些數(shù)據(jù)直觀的顯示并且可以輸出打印出來(lái)。 最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到實(shí)測(cè)值,并將靜態(tài)實(shí)驗(yàn)、理論分析以及仿真計(jì)算進(jìn)行對(duì)比分析,表明了研究中所設(shè)計(jì)的物理模型以及在此基礎(chǔ)上所取得的研究成果的可信性。本文研究所取得的成果豐富和發(fā)展了氣體潤(rùn)滑理論,在實(shí)際應(yīng)用上,為氣體靜壓止推軸承在設(shè)計(jì)方面拓寬了設(shè)計(jì)思路,提供了一套較為完善合理有效的方法。
[Abstract]:With the development of precision and ultra - precision technology , the rigidity and stability of the gas hydrostatic bearing are more demanding , and the rigidity and stability of the gas hydrostatic bearing are contradictory . In this paper , a parallel multi - channel gas hydrostatic thrust bearing is designed to improve the static stiffness , bearing capacity and bearing stability of the gas hydrostatic thrust bearing . The aim is to improve the static stiffness , the bearing capacity and the stability of the bearing . On the basis of the static mathematical model , the dynamic stiffness and dynamic damping expression of the gas static thrust bearing of the gas static pressure thrust bearing are deduced . The dynamic stiffness and dynamic damping expression of the gas film dynamic stiffness and dynamic damping of the gas film are deduced by using the theory of the equivalent network analysis of the gas barrier potential flow . The reasonable linearization and the simplified equations of the gas film pressure system are given . The changing law and the influencing factors of the dynamic stiffness and dynamic damping of the parallel multi - microchannel gas static thrust bearing are analyzed . In this paper , the influence of gas pressure on dynamic stiffness and dynamic damping of gas film system is analyzed by using FLUENT software to simulate the static and dynamic characteristics of multi - channel gas hydrostatic thrust bearing . The invention designs a parallel multi - micro - channel gas static pressure thrust bearing experiment table which can meet the simultaneous operation of an S - type force sensor , an inductive micro - measuring head , a micro - pressure sensor and a linear displacement sensor , the loading mechanism of the experiment table adopts a spring loading principle , realizes the continuity and stability of loading , and designs a software for measuring the static performance of the parallel multi - micro - channel gas static pressure thrust bearing . Finally , the experimental results are obtained , and the static experiment , the theoretical analysis and the simulation calculation are compared and analyzed . The results show that the physical model designed in the study and the credibility of the research results are obtained . The results obtained in this paper enrich and develop the theory of gas lubrication . In practice , the design idea of the gas static thrust bearing is widened , and a perfect and effective method is provided .

【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TH133.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1460429