基于動靜壓復合潤滑原理的氣體止推軸承技術.pdf

1、氣體潤滑技術是實現(xiàn)超精密運動基準的主要手段，是超精加工裝備、超精檢測系統(tǒng)和超精密光機電一體化儀器與裝備的關鍵技術之一。隨著超精密儀器裝備技術的發(fā)展，精度性能水平進一步提高，對運動基準技術提出了更高的要求，主要體現(xiàn)在超精密、高剛度和大載荷等方面，經(jīng)典氣體潤滑技術承載能力和剛度較低，直接制約和影響了超精密儀器裝備技術的發(fā)展。
　　本課題“基于動靜壓復合潤滑原理的氣體止推軸承技術”研究的主要目的是解決超精密、高剛度、大載荷和低流量回轉(zhuǎn)基

2、準問題，著重以動靜壓復合潤滑氣體止推軸承為對象，開展理論描述、建模、靜態(tài)試驗驗證、動態(tài)仿真和對比工作，解決其工作機理問題和關鍵技術問題。
　　首先，針對萊利軸承的基礎理論模型，即無限寬階形動壓平板，進行機理研究，在不可壓縮條件下建立了承載能力和剛度的解析模型，分別以最大承載能力和最大剛度為目標函數(shù)，對結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化，結(jié)果表明：經(jīng)典理論在無限寬階形動壓平板的優(yōu)化問題上存在偏差；采用二維有限元仿真技術，在可壓縮條件下進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3、，提出了可壓縮條件下的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)修正方法；采用過渡因子法能夠有效抑制溝槽根部的漩流現(xiàn)象，有限元優(yōu)化結(jié)果表明：最佳過度因子為0.6，采用最佳過度因子，承載能力提高6％。
　　為揭示動靜壓之間的耦合規(guī)律，在不可壓縮條件下，以惠普爾理論和壓力對數(shù)分布假設為基礎，構(gòu)建了三種典型結(jié)構(gòu)形式的動靜壓復合潤滑氣體止推軸承，在不可壓縮條件下建立了相應的承載能力、剛度和流量的歸一化解析模型，對解析模型進行了分析對比，結(jié)果表明：(1)泵出式動靜壓復合

4、潤滑氣體止推軸承在充分利用了動靜壓承載能力和剛度的同時，也充分利用了動靜壓之間的耦合作用，在三種結(jié)構(gòu)形式中其剛度和流量是最大的；(2)人字槽動靜壓復合潤滑氣體止推軸承，利用了動靜壓之間的結(jié)構(gòu)耦合，但動靜壓之間的壓力耦合以及壓力與結(jié)構(gòu)之間的交叉耦合沒有得到充分利用，其剛度和流量介于泵入式與泵出式之間；(3)對于泵入式動靜壓復合潤滑氣體止推軸承，其表面特征函數(shù)恒小于零，說明動靜壓之間的結(jié)構(gòu)耦合嚴重削弱了承載能力和剛度，而壓力耦合卻大幅度減小

5、了氣體軸承流量，這種形式的復合軸承承載能力、剛度和流量是最小的，在靜態(tài)條件下，由于動壓效應和壓力耦合消失，其氣體流量反而會大幅度增加。
　　在對三種典型結(jié)構(gòu)形式的動靜壓復合潤滑氣體止推軸承的分析對比基礎之上，提出了動靜壓復合氣體軸承的統(tǒng)一歸一化解析模型，解析表達了動靜壓之間的耦合作用機理，為動靜壓復合潤滑技術的研究提供了一種線性化近似方法。
　　構(gòu)建了動靜壓復合潤滑氣體止推軸承靜態(tài)實驗系統(tǒng)，實驗驗證了三種典型結(jié)構(gòu)動靜壓復合潤

6、滑氣體止推軸承的靜態(tài)增益系數(shù)。實驗結(jié)果顯示：在靜態(tài)條件下，與經(jīng)典靜壓氣體潤滑軸承相比，泵出式止推軸承極限承載能力提高了5.3倍，最大剛度提高了7.2倍；人字槽止推軸承極限承載能力提高了4.6倍，最大剛度提高了6倍；泵入式止推軸承極限承載能力降低了75%，最大剛度降低了78%，氣體流量增大2倍左右，因此這種結(jié)構(gòu)形式不適用于低速軸承。實驗過程中未發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。
　　動態(tài)仿真表明：在動態(tài)條件下由于動壓效應和壓力耦合作用，泵出式和人字槽