本文關(guān)鍵詞：靜壓氣體軸承微幅自激振動(dòng)特性分析及實(shí)驗(yàn)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(wú)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(cè)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(cè)量技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，對(duì)運(yùn)動(dòng)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(dòng)的影響，靜壓氣體軸承產(chǎn)生的納米級(jí)寬頻微幅自激振動(dòng)嚴(yán)重制約著氣浮運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)精度的進(jìn)一步提高。針對(duì)此問(wèn)題，本文分析了靜壓氣體軸承寬頻微幅自激振動(dòng)的內(nèi)在機(jī)理，并進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(dòng)漩渦不斷產(chǎn)生和破裂，造成氣膜內(nèi)氣體壓力波動(dòng)，導(dǎo)致承載能力快速改變，引起軸承產(chǎn)生微幅自激振動(dòng)。同時(shí)，對(duì)比了環(huán)面節(jié)流與小孔節(jié)流靜壓氣體軸承流場(chǎng)特性和氣膜壓力波動(dòng)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(dòng)的直接原因。 (2)分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)小孔節(jié)流靜壓氣體軸承氣膜壓力波動(dòng)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(duì)軸承振動(dòng)特性的影響。計(jì)算結(jié)果還表明，隨著氣膜厚度的增加，流場(chǎng)內(nèi)氣體壓力波動(dòng)的幅值先增大后減小，在超精密靜壓氣體軸承設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免最大壓力波動(dòng)時(shí)的氣膜厚度接近最大剛度時(shí)的氣膜厚度，使軸承具有最佳剛度的同時(shí)，自激振動(dòng)得到有效抑制。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)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(dòng)幅值。 (3)研究設(shè)計(jì)了杠桿加載，，極坐標(biāo)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)傳感器定位的靜壓氣體軸承性能檢測(cè)裝置，該裝置可提供連續(xù)加載力，并且不影響被測(cè)軸承的動(dòng)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(cè)軸承動(dòng)態(tài)性能的缺點(diǎn)，極坐標(biāo)定位平臺(tái)避免了雙軸聯(lián)動(dòng)的誤差累積。同時(shí)，設(shè)計(jì)了基于ATmega16單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了氣膜壓力分布的自動(dòng)測(cè)試。 (4)實(shí)驗(yàn)表明所設(shè)計(jì)的檢測(cè)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(dòng)態(tài)特性的測(cè)量，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。在此基礎(chǔ)上，利用該裝置和Coco-80振動(dòng)噪聲分析儀測(cè)試了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)靜壓氣體軸承的振動(dòng)特性，實(shí)驗(yàn)與計(jì)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(dòng)機(jī)理的正確性。 通過(guò)本課題的研究，探明了靜壓氣體軸承寬頻微幅自激振動(dòng)的內(nèi)在機(jī)理，通過(guò)自行設(shè)計(jì)的檢測(cè)裝置實(shí)驗(yàn)證明了該理論的正確性；得出了軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)軸承微振動(dòng)的影響，并提出能夠有效抑制自激振動(dòng)的新型靜壓氣體軸承，可為超精密靜壓氣體軸承的設(shè)計(jì)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(dòng)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)計(jì)量學(xué)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】：

• 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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-23
• 1.2.1 氣體潤(rùn)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(dòng)態(tài)性能研究20-21
• 1.2.4 靜壓氣體軸承微幅自激振動(dòng)機(jī)理研究21-22
• 1.2.5 空氣靜壓止推氣體軸承實(shí)驗(yàn)裝置研究22-23
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容23-25
• 2 靜壓氣體軸承微幅自激振動(dòng)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(chǎng)特性分析31-38
• 2.3.3 環(huán)面節(jié)流靜壓氣體軸承流場(chǎng)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(duì)氣膜壓力波動(dòng)的影響42-49
• 3.1 節(jié)流孔直徑對(duì)氣膜壓力波動(dòng)的影響42-44
• 3.2 軸承直徑對(duì)氣膜壓力波動(dòng)的影響44-45
• 3.3 氣腔深度對(duì)氣膜壓力波動(dòng)的影響45-46
• 3.4 一種低振動(dòng)靜壓氣體軸承的設(shè)計(jì)46-48
• 3.5 本章小結(jié)48-49
• 4 靜壓氣體軸承性能檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)49-59
• 4.1 氣體軸承氣膜壓力測(cè)量原理49-50
• 4.2 檢測(cè)裝置總體結(jié)構(gòu)50
• 4.3 加載機(jī)構(gòu)50-53
• 4.4 運(yùn)動(dòng)定位平臺(tái)53-57
• 4.4.1 運(yùn)動(dòng)定位平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)53-54
• 4.4.2 運(yùn)動(dòng)定位平臺(tái)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(jì)59-67
• 5.1 傳感器選型59-60
• 5.2 控制器硬件設(shè)計(jì)60-64
• 5.2.1 ATmega16單片機(jī)簡(jiǎn)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(dòng)電路63-64
• 5.3 控制器軟件設(shè)計(jì)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(dòng)實(shí)驗(yàn)分析67-75
• 6.1 靜壓氣體軸承性能檢測(cè)裝置測(cè)試67-68
• 6.1.1 測(cè)試方法67
• 6.1.2 測(cè)試結(jié)果與分析67-68
• 6.2 氣源壓力穩(wěn)定性檢驗(yàn)68-70
• 6.3 靜壓氣體軸承微振動(dòng)測(cè)試70-74
• 6.3.1 氣膜厚度對(duì)微振動(dòng)的影響70-71
• 6.3.2 節(jié)流孔直徑對(duì)微振動(dòng)的影響71-72
• 6.3.3 軸承直徑對(duì)微振動(dòng)的影響72-73
• 6.3.4 氣腔深度對(duì)微振動(dòng)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(jiǎn)歷82

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 劉寧;陶智;;旋轉(zhuǎn)狀態(tài)氣膜冷卻的大渦模擬[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2010年05期

2 馬萬(wàn)里,趙建明,吳緯國(guó);IC制造工藝與光刻對(duì)準(zhǔn)特性關(guān)系的研究[J];電子工業(yè)專用設(shè)備;2005年02期

3 王玲玲;大渦模擬理論及其應(yīng)用綜述[J];河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年03期

4 何學(xué)明;陳學(xué)東;李斌;;超精密氣浮軸承垂直方向的動(dòng)力學(xué)分析[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2006年02期

5 龍威;包鋼;;混合型表面節(jié)流空氣靜壓軸承性能分析[J];機(jī)床與液壓;2006年08期

6 郭良斌;宣立明;王卓;彭寶林;;小孔節(jié)流式盤(pán)狀靜壓止推氣體軸承主要幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)[J];機(jī)床與液壓;2012年01期

7 黃灝;劉品寬;董澤光;;靜壓止推氣體軸承性能仿真[J];計(jì)算機(jī)仿真;2010年03期

8 陳改革;楊濤;陳立;韓賓;;移動(dòng)副速度對(duì)空氣軸承影響的CFD仿真分析[J];計(jì)算機(jī)仿真;2012年01期

9 陳改革;楊濤;陳立;韓賓;;陣列型空氣軸承特性與供氣壓強(qiáng)關(guān)系的仿真分析[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與研究;2010年05期

10 劉明;;氣體潤(rùn)滑軸承的類型與設(shè)計(jì)方法[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;1988年03期

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

本文編號(hào)：333299