平面空氣靜壓軸承承載特性研究.pdf

1、隨著航天技術(shù)、微電子技術(shù)和精密加工等學(xué)科的發(fā)展，對(duì)于產(chǎn)品精度的要求越來(lái)越高?？諝忪o壓軸承以其高精度、低摩擦、無(wú)污染的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于航空航天、食品醫(yī)藥以及高精密機(jī)床和測(cè)量?jī)x器等領(lǐng)域中。特別在航天器地面仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，為了完全模擬太空中無(wú)摩擦的失重環(huán)境，平面空氣靜壓止推軸承作為主要的支承部件承擔(dān)著整個(gè)氣浮臺(tái)及其相關(guān)設(shè)備的重量。因而，提高空氣靜壓軸承的承載能力，優(yōu)化軸承節(jié)流器的節(jié)流作用，就成了氣體靜壓潤(rùn)滑理論研究和空氣軸承設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。

2、r>　　傳統(tǒng)的空氣靜壓止推軸承多采用節(jié)流孔供氣的方法，這也是研究起步最早、目前理論分析和實(shí)驗(yàn)研究較多的一種節(jié)流器形式。在已有的研究成果中，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在設(shè)計(jì)和選擇時(shí)多采用經(jīng)驗(yàn)公式和工程方法，對(duì)節(jié)流孔的節(jié)流類(lèi)型分為小孔節(jié)流方式和環(huán)面節(jié)流方式兩種。隨著進(jìn)口效應(yīng)和激波假設(shè)的提出，在傳統(tǒng)的空氣靜壓軸承設(shè)計(jì)理論中廣泛采用的“兩塊式流動(dòng)假設(shè)”（即：第一部分為供氣孔中等熵流動(dòng)，第二部分為間隙氣膜內(nèi)完全發(fā)展的等溫層流）已明顯不能滿足當(dāng)代研究和應(yīng)用中對(duì)空氣

3、靜壓軸承在精確度和準(zhǔn)確性方面的要求。如何準(zhǔn)確描述軸承在工作時(shí)隨著節(jié)流孔處結(jié)構(gòu)參數(shù)不同軸承節(jié)流器表現(xiàn)出來(lái)的不同節(jié)流類(lèi)型，在現(xiàn)有條件下從改進(jìn)節(jié)流效果入手，而非單純依靠提高供氣壓力或者追求小氣膜厚度來(lái)提高小孔節(jié)流空氣靜壓軸承的承載能力，這不僅從本質(zhì)上完善和充實(shí)了空氣軸承設(shè)計(jì)理論，充分利用了軸承自身所具備的承載力提升空間，也減小了對(duì)外界能源的消耗和在追求加工精度方面需要的額外投入。
　　在廣泛調(diào)研國(guó)內(nèi)外關(guān)于小孔節(jié)流空氣靜壓止推軸承研究成果

4、的基礎(chǔ)上，本文從流體潤(rùn)滑理論出發(fā)，根據(jù)供氣孔處結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的相互關(guān)系和制約條件，全面考慮各流域可能出現(xiàn)的流動(dòng)狀態(tài)和可能造成的節(jié)流作用，遵循可壓縮雷諾方程的推導(dǎo)結(jié)果對(duì)空氣靜壓止推軸承的工作氣膜進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，將可壓縮雷諾氣體潤(rùn)滑方程與邊界條件聯(lián)立求解得到軸承氣膜中的壓力分布，進(jìn)而求解軸承的承載力并得出相應(yīng)的結(jié)論。在理論分析的基礎(chǔ)上，本文以多孔供氣小孔節(jié)流空氣靜壓止推軸承為例，研究不同節(jié)流類(lèi)型下具體參數(shù)對(duì)軸承承載能力的影響規(guī)律。分別研究軸承在

5、靜態(tài)承載、發(fā)生傾側(cè)以及受到外界干擾作用時(shí)，各典型節(jié)流類(lèi)型軸承在承載性能上表現(xiàn)出來(lái)的特點(diǎn)，這樣以來(lái)就可以根據(jù)不同的使用需要選擇適當(dāng)?shù)墓?jié)流類(lèi)型，并得到各節(jié)流類(lèi)型下相應(yīng)的優(yōu)化參數(shù)。本文最后通過(guò)搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)，將靜態(tài)實(shí)驗(yàn)、傾側(cè)實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)三部分的實(shí)測(cè)值與理論分析和數(shù)值計(jì)算的結(jié)果相比較，證明本文中模型建立和研究結(jié)果真實(shí)可靠。本文的研究結(jié)論使靜壓潤(rùn)滑理論在空氣軸承設(shè)計(jì)方面得到了豐富和完善，并為實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中空氣靜壓止推軸承的選擇和應(yīng)用提供了一套完整的