本文關(guān)鍵詞：氣體靜壓軸承氣錘振動(dòng)機(jī)理分析與實(shí)驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 氣體靜壓支承 氣錘振動(dòng) 數(shù)值模擬 氣旋現(xiàn)象

【摘要】：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(shì),大幅度地減小了由于運(yùn)動(dòng)部件間摩擦、發(fā)熱及變形引起的誤差,實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度由微米量級(jí)向納米量級(jí)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(dòng)引發(fā)的振動(dòng)仍然不可忽視,特別是非穩(wěn)態(tài)的氣錘振動(dòng)現(xiàn)象,將直接導(dǎo)致氣浮支承結(jié)構(gòu)喪失功能而無(wú)法正常工作,是制約氣體靜壓支承結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)大承載力、高剛度及高精度的關(guān)鍵因素之一,業(yè)已成為氣體靜壓支承技術(shù)研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。因此,本文圍繞此前沿課題,結(jié)合數(shù)值模擬和振動(dòng)實(shí)驗(yàn),研究了氣體靜壓軸承氣錘振動(dòng)現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理和抑制措施,其研究?jī)?nèi)容和成果如下： (1)運(yùn)用氣體靜壓潤(rùn)滑理論,建立了氣浮支承—?dú)饽ちW(xué)三維物理模型。數(shù)值模擬結(jié)果表明：對(duì)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(chǎng)的分布規(guī)律,而且更能獲取流場(chǎng)的三維微觀特性,為氣錘振動(dòng)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(dòng)現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型,采用數(shù)值模擬方法,研究了氣體靜壓軸承設(shè)計(jì)參數(shù)與氣錘振動(dòng)現(xiàn)象的內(nèi)在關(guān)系,揭示了軸承設(shè)計(jì)參數(shù)與氣錘振動(dòng)現(xiàn)象的規(guī)律,進(jìn)一步分析了氣錘振動(dòng)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(dòng)源—?dú)庑F(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(jì)參數(shù)對(duì)氣旋現(xiàn)象的影響規(guī)律性,闡釋了氣旋作為內(nèi)部擾動(dòng)源,如何誘使氣膜流場(chǎng)與支承工作面產(chǎn)生流固耦合,導(dǎo)致氣膜內(nèi)部壓力波動(dòng)增強(qiáng),誘發(fā)氣浮支承系統(tǒng)發(fā)生共振,產(chǎn)生氣錘振動(dòng)現(xiàn)象的過(guò)程； (4)自行設(shè)計(jì)構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái),驗(yàn)證了氣錘振動(dòng)現(xiàn)象與氣浮支承設(shè)計(jì)參數(shù)之間的內(nèi)在規(guī)律性,證實(shí)了氣膜內(nèi)部壓力波動(dòng)導(dǎo)致系統(tǒng)共振,誘發(fā)氣錘振動(dòng)現(xiàn)象,并深入探尋了氣錘振動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理,提出了避免氣浮支承結(jié)構(gòu)發(fā)生氣錘振動(dòng)現(xiàn)象的方法。 本文通過(guò)數(shù)值模擬和振動(dòng)實(shí)驗(yàn)的方法,闡述了氣浮支承氣錘振動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生過(guò)程,揭示了氣錘振動(dòng)的產(chǎn)生機(jī)理,進(jìn)一步研究了氣浮支承內(nèi)部擾動(dòng)源和氣錘振動(dòng)現(xiàn)象與氣體靜壓支承設(shè)計(jì)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(dòng)現(xiàn)象發(fā)生的有效途徑,并提出了控制氣錘振動(dòng)發(fā)生的措施,為精密、超精密氣體靜壓支承的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與制造提供理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：氣體靜壓支承 氣錘振動(dòng) 數(shù)值模擬 氣旋現(xiàn)象
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TH133.36
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-16
• 1.1 課題來(lái)源及研究背景8-11
• 1.1.1 課題來(lái)源8
• 1.1.2 課題研究的背景8-10
• 1.1.3 氣體靜壓軸承存在的問(wèn)題10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 氣體靜壓軸承間隙內(nèi)部流場(chǎng)數(shù)值模擬方法13-14
• 1.3.1 計(jì)算流體力學(xué)簡(jiǎn)介13
• 1.3.2 CFD軟件應(yīng)用于氣體潤(rùn)滑軸承設(shè)計(jì)計(jì)算13-14
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容14-16
• 第二章 小孔節(jié)流氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能分析16-31
• 2.1 流體動(dòng)力學(xué)控制方程16-23
• 2.1.1 Fluent守恒性流體控制方程16-17
• 2.1.2 控制方程的有限體積離散17-19
• 2.1.3 湍流運(yùn)動(dòng)控制方程19-21
• 2.1.4 SIMPLE算法求解離散方程21-22
• 2.1.5 基于FLUENT的氣膜流場(chǎng)參數(shù)計(jì)算流程22-23
• 2.2 小孔節(jié)流氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能的數(shù)值分析23-29
• 2.2.1 小孔節(jié)流氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能23-24
• 2.2.2 流場(chǎng)數(shù)值模擬24-29
• 2.3 本章小結(jié)29-31
• 第三章 氣錘振動(dòng)模型建立及數(shù)值模擬31-42
• 3.1 氣錘振動(dòng)表征實(shí)驗(yàn)31-33
• 3.2 單自由度氣浮支承系統(tǒng)振動(dòng)方程33-35
• 3.3 振動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)值模擬35-41
• 3.3.1 數(shù)值模擬結(jié)果35-39
• 3.3.2 氣錘振動(dòng)影響因素分析39-40
• 3.3.3 氣錘振動(dòng)誘因分析40-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第四章 小孔節(jié)流氣體靜壓軸承氣錘振動(dòng)擾動(dòng)源分析42-52
• 4.1 氣旋現(xiàn)象及其影響42-44
• 4.1.1 氣體靜壓軸承的氣旋現(xiàn)象42-43
• 4.1.2 氣旋現(xiàn)象的強(qiáng)度表征43
• 4.1.3 氣旋現(xiàn)象的影響43-44
• 4.2 不同壓力腔形狀的氣旋現(xiàn)象研究44-49
• 4.2.1 矩形壓力腔的氣旋現(xiàn)象44-45
• 4.2.2 圓形壓力腔的氣旋現(xiàn)象45-47
• 4.2.3 錐形壓力腔的氣旋現(xiàn)象47-49
• 4.3 不同壓力腔形狀對(duì)氣浮支承性能的影響49-50
• 4.4 本章小結(jié)50-52
• 第五章 小孔節(jié)流氣體靜壓軸承氣錘振動(dòng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)研究52-68
• 5.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)52-53
• 5.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)條件53-54
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容53-54
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)條件54
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析54-65
• 5.3.1 雙排12節(jié)流孔氣體靜壓止推軸承的氣錘振動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試54-63
• 5.3.2 單排12節(jié)流孔氣體靜壓止推軸承的氣錘振動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試63-64
• 5.3.3 氣體靜壓軸承氣錘振動(dòng)機(jī)理分析64-65
• 5.4 提高氣浮支承穩(wěn)定性方法探討65-67
• 5.5 本章小結(jié)67-68
• 第六章 結(jié)論與展望68-71
• 6.1 結(jié)論68-69
• 6.2 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)69
• 6.3 展望69-71
• 致謝71-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 附錄Ⅰ 攻讀碩士期間發(fā)表的論文76
• 附錄Ⅱ 攻讀碩士期間參加的學(xué)術(shù)活動(dòng)76

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：882856