本文關(guān)鍵詞：靜壓氣體軸承微幅自激振動特性分析及實驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：靜壓氣體軸承因具有摩擦小、速度快、精度高、無污染、熱穩(wěn)定性好等突出優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于精密測量、超精密加工和微細(xì)加工等精密工程領(lǐng)域。隨著加工和測量技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，對運(yùn)動定位精度的要求不斷提高，但受軸承內(nèi)非穩(wěn)定氣體流動的影響，靜壓氣體軸承產(chǎn)生的納米級寬頻微幅自激振動嚴(yán)重制約著氣浮運(yùn)動系統(tǒng)精度的進(jìn)一步提高。針對此問題，本文分析了靜壓氣體軸承寬頻微幅自激振動的內(nèi)在機(jī)理，并進(jìn)行了相應(yīng)的實驗研究，主要完成了以下幾方面的工作： (1)采用大渦模擬分析了小孔節(jié)流靜壓氣體軸承內(nèi)氣體流動特性，發(fā)現(xiàn)在節(jié)流孔出口附近的湍流區(qū)域內(nèi)氣體產(chǎn)生極其復(fù)雜的漩渦，氣體壓力和流速自漩渦中心向邊緣逐漸變化，隨著氣體的流動漩渦不斷產(chǎn)生和破裂，造成氣膜內(nèi)氣體壓力波動，導(dǎo)致承載能力快速改變，引起軸承產(chǎn)生微幅自激振動。同時，對比了環(huán)面節(jié)流與小孔節(jié)流靜壓氣體軸承流場特性和氣膜壓力波動的幅值，證明了漩渦是導(dǎo)致靜壓氣體軸承產(chǎn)生微幅自激振動的直接原因。 (2)分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對小孔節(jié)流靜壓氣體軸承氣膜壓力波動的影響，得到了軸承直徑、節(jié)流孔直徑和氣腔深度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對軸承振動特性的影響。計算結(jié)果還表明，隨著氣膜厚度的增加，流場內(nèi)氣體壓力波動的幅值先增大后減小，在超精密靜壓氣體軸承設(shè)計時，應(yīng)避免最大壓力波動時的氣膜厚度接近最大剛度時的氣膜厚度，使軸承具有最佳剛度的同時，自激振動得到有效抑制。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了帶有擾流結(jié)構(gòu)的小孔節(jié)流靜壓氣體軸承，有效降低了氣膜壓力波動幅值。 (3)研究設(shè)計了杠桿加載，，極坐標(biāo)平臺實現(xiàn)傳感器定位的靜壓氣體軸承性能檢測裝置，該裝置可提供連續(xù)加載力，并且不影響被測軸承的動態(tài)性能，克服了砝碼加載方式不能提供連續(xù)加載力，氣缸和彈簧加載方式影響被測軸承動態(tài)性能的缺點(diǎn)，極坐標(biāo)定位平臺避免了雙軸聯(lián)動的誤差累積。同時，設(shè)計了基于ATmega16單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了氣膜壓力分布的自動測試。 (4)實驗表明所設(shè)計的檢測裝置的性能較好，可以滿足不同氣膜厚度下承載能力、氣膜壓力分布等靜動態(tài)特性的測量，達(dá)到了設(shè)計要求。在此基礎(chǔ)上，利用該裝置和Coco-80振動噪聲分析儀測試了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)靜壓氣體軸承的振動特性，實驗與計算結(jié)果吻合較好，證明了所提出的靜壓氣體軸承微幅自激振動機(jī)理的正確性。 通過本課題的研究，探明了靜壓氣體軸承寬頻微幅自激振動的內(nèi)在機(jī)理，通過自行設(shè)計的檢測裝置實驗證明了該理論的正確性；得出了軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)對軸承微振動的影響，并提出能夠有效抑制自激振動的新型靜壓氣體軸承，可為超精密靜壓氣體軸承的設(shè)計提供一定的參考。
【關(guān)鍵詞】：靜壓氣體軸承 大渦模擬 漩渦 自激振動
【學(xué)位授予單位】：中國計量學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH133.36
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 目次10-13
• 圖清單13-15
• 表清單15-16
• 1 緒論16-25
• 1.1 課題研究背景與意義16-17
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-23
• 1.2.1 氣體潤滑原理及氣體軸承的分類17-18
• 1.2.2 靜壓氣體軸承靜態(tài)性能研究18-20
• 1.2.3 靜壓氣體軸承動態(tài)性能研究20-21
• 1.2.4 靜壓氣體軸承微幅自激振動機(jī)理研究21-22
• 1.2.5 空氣靜壓止推氣體軸承實驗裝置研究22-23
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容23-25
• 2 靜壓氣體軸承微幅自激振動機(jī)理分析25-42
• 2.1 大渦模擬的數(shù)學(xué)模型25-29
• 2.2 靜壓氣體軸承建模29-30
• 2.3 仿真與分析30-41
• 2.3.1 FLUENT參數(shù)設(shè)置30-31
• 2.3.2 小孔節(jié)流靜壓氣體軸承流場特性分析31-38
• 2.3.3 環(huán)面節(jié)流靜壓氣體軸承流場特性分析38-41
• 2.4 本章小結(jié)41-42
• 3 靜壓氣體軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)對氣膜壓力波動的影響42-49
• 3.1 節(jié)流孔直徑對氣膜壓力波動的影響42-44
• 3.2 軸承直徑對氣膜壓力波動的影響44-45
• 3.3 氣腔深度對氣膜壓力波動的影響45-46
• 3.4 一種低振動靜壓氣體軸承的設(shè)計46-48
• 3.5 本章小結(jié)48-49
• 4 靜壓氣體軸承性能檢測裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計49-59
• 4.1 氣體軸承氣膜壓力測量原理49-50
• 4.2 檢測裝置總體結(jié)構(gòu)50
• 4.3 加載機(jī)構(gòu)50-53
• 4.4 運(yùn)動定位平臺53-57
• 4.4.1 運(yùn)動定位平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計53-54
• 4.4.2 運(yùn)動定位平臺受力分析54-57
• 4.5 步進(jìn)電機(jī)選型57-58
• 4.6 本章小結(jié)58-59
• 5 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)設(shè)計59-67
• 5.1 傳感器選型59-60
• 5.2 控制器硬件設(shè)計60-64
• 5.2.1 ATmega16單片機(jī)簡介61
• 5.2.2 控制器硬件結(jié)構(gòu)框圖61-62
• 5.2.3 A/D轉(zhuǎn)換電路62-63
• 5.2.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路63-64
• 5.3 控制器軟件設(shè)計64-65
• 5.4 控制器調(diào)試65-66
• 5.5 本章小結(jié)66-67
• 6 靜壓氣體軸承微振動實驗分析67-75
• 6.1 靜壓氣體軸承性能檢測裝置測試67-68
• 6.1.1 測試方法67
• 6.1.2 測試結(jié)果與分析67-68
• 6.2 氣源壓力穩(wěn)定性檢驗68-70
• 6.3 靜壓氣體軸承微振動測試70-74
• 6.3.1 氣膜厚度對微振動的影響70-71
• 6.3.2 節(jié)流孔直徑對微振動的影響71-72
• 6.3.3 軸承直徑對微振動的影響72-73
• 6.3.4 氣腔深度對微振動的影響73-74
• 6.4 本章小結(jié)74-75
• 7 總結(jié)與展望75-77
• 7.1 總結(jié)75-76
• 7.2 展望76-77
• 參考文獻(xiàn)77-81
• 附錄81-82
• 作者簡歷82

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：靜壓氣體軸承微幅自激振動特性分析及實驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：333299