多孔质静压气体轴承支承高速转子系统振动特性研究

发布时间：2020-05-17 18:22

【摘要】：多孔质静压气体轴承因其摩擦系数非常小,承载力大,结构简单,刚度和阻尼性能好,使其广泛应用于精密机械。多孔质轴承由外界提供高压气体,气体通过多孔质材料,由于多孔质材料内部有许多微小的气孔,每个气孔相当于一个节流孔,使多孔质轴承表面形成一层高压气膜,用于承载物体。由于多孔质轴承内部气体流动模型较复杂,受外界供气压,轴承参数,加工制作等影响较大,且目前主要研究多孔质轴承在低速、重载情况下的应用,对轴承在高速应用下的研究较少。因此,本文首先建立多孔质轴承的静态理论模型,探究不同的因素对多孔质轴承特性的影响;设计可倾瓦多孔质轴承支承的高速转子系统,研究其振动特性。本文主要研究内容和取得成果如下:(1)基于达西定律和质量守恒方程,建立了多孔质静压气体止推轴承的静态气体流动理论模型,给出边界条件,对其进行数值求解。探究了不同渗透率多孔质材料,多孔质材料厚度对轴承气体质量流量、承载力和刚度等静态性能的影响,设计实验与理论对比,验证了所建理论模型的正确性。(2)设计可倾瓦多孔质静压气体轴承支承的高速转子系统。设计两根转子轴,分别用于刚性轴和柔性轴的研究。计算可倾瓦多孔质轴承的动态刚度和阻尼系数后,用XLrotor对设计转子系统进行转子动力学仿真,分析系统的临界转速,稳定性,幅值放大系数等,使其能够满足设计要求,转动性能良好。(3)设计了曲面弧度分别为60°和75°两种结构的可倾瓦多孔质静压气体轴承,对转子系统性能进行初步转动研究。曲面弧度60°的轴承对轴悬浮效果不是太好,转动时涡轮驱动气压较大,曲面弧度75°的轴承悬浮效果较好。实验结果表明转子系统振幅较小,但是高倍频较多。
【图文】：

多孔质轴承,表面气体,流动图

用来承载物体，由于多孔质内部微小气孔非常多，分布均匀承工作面积大，承载力大，稳定性较好。多孔质材料是由固态通的间隙组成，细心间隙即是节流微孔，仅允许通过极少部分承放入水中，效果如图１．２所示。与传统轴承相比，多孔质轴应用于超精密机械，承载力和刚度比传统的滚动轴承要小；与相比，多孔质轴承承载力和刚度大，无起飞转速，适合应用于导轨，主轴和气浮平台。多孔质轴承内部气体流动较复杂，较工，供气压对轴承性能的影响较大；另外，当承载力达到一定承也会发生气锤不稳定现象。具体而言，多孔质轴承具有以下造价便宜；装配方便，不需要用特殊仪器；正常工作时几乎无精度高；刚度和阻尼相对较好；无油润滑，对环境友好；使用高温等条件下使用。多孔质轴承目前有多孔质止推轴承，多孔瓦多孔质轴承，真空预载多孔质轴承，矩形多孔质轴承等。根质轴承可以分为整体节流多孔质和局部节流多孔质。逡逑

气浮平台,超精密

质静压轴承具有许多优点及各种各样的结构形式，使其在航天，医疗器械，电子加工等领域受到越来越来广泛的应用，进一步孔质静压气体轴承的研究。具体应用领域如下：逡逑１）超精密气浮平台逡逑东京工业大学Ｈ．Ｓｈｉｎｎｏ，Ｈ．Ｙｏｓｈｉｏｋａ，邋Ｈ．Ｓａｗａｎｏ等人设计制作定位气浮平台，用于超精密工作情况［６］。结构如图１．３所示，静压轴承悬浮，采用磁体进行预紧，平台采用两级传动，首先传动，实现平台的大行程，，然后采用音圈电机进行二级传动，。采用激光位移传感器测量定位，最后采用ＰＤＦ进行反馈调节，的量程可以实现邋０．３ｎｍ邋的定位。Ｈ．Ｓｈｉｎｎｏ，Ｈ．Ｙｏｓｈｉｏｋａ，邋Ｋ．Ｔａｎｉｇ了一个ＸＹ方向定位平台，平台采用５个多孔质静压气体轴承切削，使加工误差Ｘ轴方向±２ｎｍ内，Ｙ轴定位误差在±５ｎｒｎ达到３．２ｎｍ。其它形式的的多孔质静压轴承支承超精密气浮平台Ｗａｖｅｌｅｎｔｈ，．逡逑
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH133.3

【参考文献】