本文關(guān)鍵詞：大行程超精密工作臺關(guān)鍵技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 高精度和高分辨率的精密微位移工作臺系統(tǒng)在近代尖端工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi)占有極為重要的地位。在已研制的超精密工作臺中,往往整體性能存在缺陷,對環(huán)境的要求嚴格。因此迫切需要對精密平臺的關(guān)鍵技術(shù)進行研究,為研制出性能均衡,適合工業(yè)環(huán)境應(yīng)用的大行程超精密工作臺打下堅實的基礎(chǔ)。通過國內(nèi)外大行程超精密平臺的比較分析,認為先進結(jié)構(gòu)材料、空氣靜壓導(dǎo)軌、直接驅(qū)動技術(shù)是超精密平臺的關(guān)鍵技術(shù)。本文對這些相關(guān)技術(shù)進行了研究。 應(yīng)用有限元軟件ANSYS對常用九種材料進行了熱穩(wěn)定性和抗振性分析。結(jié)果表明:零膨脹玻璃的綜合性能在所分析的九種材料中是最佳的,石英陶瓷稍差。零膨脹玻璃的造價昂貴,在不追求極端性能的情況下,石英陶瓷是一種非常有發(fā)展前途的超精密平臺用先進結(jié)構(gòu)材料。 在對多孔質(zhì)氣體潤滑理論進行分析時提出了一種基于商用有限元前后處理器的分析流程,并通過提高求解器的計算效率和內(nèi)存利用率,使該方法具備解決工程中復(fù)雜多孔節(jié)流問題的分析能力。對多孔質(zhì)節(jié)流器性能的影響因素進行了分析,為其設(shè)計打下了基礎(chǔ)。在多孔質(zhì)氣體潤滑的實驗研究中,設(shè)計了實驗方案及裝置,進行了滲透率測試及加載實驗,對多孔材料進行了加工堵塞工藝的研究。實驗結(jié)果顯示實驗結(jié)果曲線與有限元分析結(jié)果曲線趨勢接近一致,大致平行;多孔材料表面微孔的堵塞不均導(dǎo)致實驗塊出現(xiàn)嚴重傾斜,使得與有限元結(jié)果之間出現(xiàn)了很大偏差。加工堵塞的程度越嚴重,各部分滲透率也越不均。 在對空氣靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究中,分析了適用于大行程超精密工作臺的導(dǎo)軌類型。通過對滑套運動誤差的分析,得出了滑套長度及行程的影響趨勢。對導(dǎo)軌的誤差組成部分、性質(zhì)及傳遞系數(shù)進行了分析,探討了精度分配方法。對動導(dǎo)軌典型螺栓緊固結(jié)構(gòu)結(jié)合正交試驗方法進行了有限元分析,得出了設(shè)計原則。 建立了控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,分析了外部擾動的形式及補償方案,應(yīng)用SIMULINK建立了單位反饋PID控制、帶加速度前饋的PID控制、位置速度雙環(huán)反饋等控制模型,比較了九種材料作為工作臺材料時的控制效果,分析了各種控制模式以及Smith預(yù)估控制器的優(yōu)點和不足。由于石英陶瓷較小的密度,能有效減輕運動部件的質(zhì)量,在不同的控制系統(tǒng)下,能明顯的提高系統(tǒng)的控制性能。
【關(guān)鍵詞】：超精密平臺 石英陶瓷 空氣靜壓導(dǎo)軌 多孔節(jié)流 直線電機 PID控制 有限元
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TG669
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.2 國內(nèi)外大行程超精密工作臺發(fā)展現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 直線電機式超精密工作臺10-12
• 1.2.2 摩擦式驅(qū)動超精密工作臺12-14
• 1.2.3 兩級進給超精密工作臺14-15
• 1.3 各種工作臺特點及存在的問題15
• 1.4 大行程超精密工作臺關(guān)鍵技術(shù)15-17
• 1.5 課題的提出及本文的目的17-19
• 第二章 超精密工作臺的結(jié)構(gòu)材料選擇19-32
• 2.1 常見結(jié)構(gòu)材料介紹19-21
• 2.2 材料熱穩(wěn)定性分析21-28
• 2.2.1 模型建立及邊界條件21-22
• 2.2.2 靜態(tài)熱分析22-23
• 2.2.3 熱—結(jié)構(gòu)耦合分析23-25
• 2.2.4 變形的溫度敏感性25-27
• 2.2.5 瞬態(tài)熱分析27-28
• 2.3 材料振動特性分析28-31
• 2.3.1 建模28-29
• 2.3.2 模態(tài)分析29-31
• 2.4 本章結(jié)論31-32
• 第三章 多孔質(zhì)氣體潤滑理論的數(shù)值分析32-70
• 3.1 氣體潤滑技術(shù)簡介32-33
• 3.2 氣體潤滑中典型節(jié)流器形式33-34
• 3.3 氣體潤滑基本理論34-37
• 3.3.1 氣體潤滑基本方程34-36
• 3.3.2 氣體潤滑穩(wěn)態(tài)特性計算36-37
• 3.4 氣體潤滑方程的數(shù)值解37-54
• 3.4.1 有限元方法簡介38-39
• 3.4.2 多孔質(zhì)氣體潤滑有限元分析39-45
• 3.4.3 基于商用有限元前后處理器的有限元分析方法45-53
• 3.4.4 有限元程序改進53-54
• 3.5 多孔質(zhì)節(jié)流器有限元計算結(jié)果54-56
• 3.6 影響氣膜承載能力的因素分析56-68
• 3.7 本章結(jié)論68-70
• 第四章 多孔質(zhì)氣體潤滑技術(shù)實驗研究70-84
• 4.1 實驗方案及設(shè)備70-75
• 4.1.1 實驗方案及內(nèi)容70
• 4.1.2 實驗裝置設(shè)計70-75
• 4.2 多孔材料的滲透率測試方法75-77
• 4.3 滲透率測試結(jié)果77-78
• 4.4 氣膜承載能力實驗78-80
• 4.5 有限元分析結(jié)果與實驗結(jié)果比較80-83
• 4.6 本章結(jié)論83-84
• 第五章 空氣靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵問題84-104
• 5.1 導(dǎo)軌設(shè)計的基本要求84-85
• 5.2 導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類型、截面形狀選擇85-87
• 5.3 動導(dǎo)軌滑套設(shè)計87-95
• 5.4 空氣靜壓導(dǎo)軌精度設(shè)計95-97
• 5.5 動導(dǎo)軌緊固結(jié)構(gòu)設(shè)計97-102
• 5.6 本章結(jié)論102-104
• 第六章 超精密工作臺直接驅(qū)動技術(shù)理論分析104-122
• 6.1 直接驅(qū)動技術(shù)簡介104-107
• 6.2 超精密工作臺進給系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立107-115
• 6.2.1 直線電機伺服單元數(shù)學(xué)模型107-108
• 6.2.2 影響系統(tǒng)伺服性能的擾動因素及其補償方法108-112
• 6.2.3 進給系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型112
• 6.2.4 PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)的實驗整定方法112-115
• 6.3 控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果115-120
• 6.3.1 單位反饋PID 控制115-117
• 6.3.2 帶加速度前饋的PID 控制117-118
• 6.3.3 位置環(huán)速度環(huán)雙反饋PID 控制118-119
• 6.3.4 純滯后系統(tǒng)Smith 預(yù)估控制119-120
• 6.4 本章小結(jié)120-122
• 第七章 結(jié)論與展望122-125
• 7.1 本文結(jié)論122-123
• 7.2 展望123-125
• 參考文獻125-131
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明131-132
• 附錄132-134
• 致謝134

【引證文獻】

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中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 劉禮平;基于機床附件化的旋轉(zhuǎn)超聲波加工關(guān)鍵技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2012年

2 王延風(fēng);磁懸浮精密定位工作臺機電一體化CAD/CAE集成研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機械與物理研究所）;2004年

3 常九健;基于弧形電機拼接的大型望遠鏡驅(qū)動技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所）;2013年

4 王金鵬;超聲電機驅(qū)動的大行程、高精度二維運動平臺關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];南京航空航天大學(xué);2013年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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2 張洋;納米定位平臺的拓撲設(shè)計及其集成式閉環(huán)控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

3 辛杰;極紫外光刻機工件臺動力學(xué)建模及仿真[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

4 叢志浩;光刻機六自由度工件臺控制系統(tǒng)設(shè)計[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

5 王紹騰;光刻機雙驅(qū)動微動臺動態(tài)特性仿真研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

6 胡光學(xué);大行程結(jié)構(gòu)一體化二維微定位臺參數(shù)化設(shè)計及實驗[D];山東理工大學(xué);2012年

7 趙雷;基于柔性鉸鏈設(shè)計的直線超聲電機運動平臺動力學(xué)研究[D];南京航空航天大學(xué);2012年

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9 吳初涵;多孔質(zhì)氣浮軸承的理論實驗研究[D];天津大學(xué);2012年

10 胡兵;基于直線電機宏微雙重驅(qū)動大行程精密定位臺的研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：大行程超精密工作臺關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：264132