真空环境下静压气体轴承性能检测装置设计

发布时间：2017-07-17 15:01

  本文关键词：真空环境下静压气体轴承性能检测装置设计

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【摘要】：静压气体轴承因具有摩擦小、精度高、热稳定性好、寿命长等优点而广泛应用于微电子制造装备、超精密数控机床、三坐标测量机、精密转台等制造、测量和检测领域。但极紫外曝光、电子束曝光、薄膜测厚和线宽测量等制造和测量操作,不仅要求测量装备具有极高的运动定位精度,而且必须在真空或超洁净环境中进行操作。但真空中静压气体轴承性能变化显著,更需要关注的是所排放的润滑气体将会污染真空环境,而现有常规环境下静压气体轴承的性能检测装置无法满足真空环境下静压气体轴承性能检测实验的需要。为此,本文设计了真空环境下静压气体轴承的性能检测装置,主要完成了以下几方面的工作:1)为实现真空环境下静压气体轴承承载能力、气膜厚度、气膜内气体压力分布以及润滑气体泄漏量的测量,获得不同轴承参数(节流形式、节流器几何参数)和排气密封结构参数(排气槽位置、宽度、深度和数目)下轴承的静动态特性,设计了真空环境静压气体轴承性能检测装置。给出了装置加载、载荷测量、气膜厚度测量、气膜内气压测量方法和结构形式,并对关键部件进行了受力分析,对真空兼容的元部件进行了计算和选型。2)为获得静压气体轴承性能检测的真空工作环境,保证静压气体轴承能在真空环境下可靠工作,基于真空系统组建方法设计了真空室抽气系统和轴承排气系统。给出了真空室抽气系统、轴承排气系统的工作原理和气路结构,并对真空系统主泵进行了计算和选型。3)静压气体轴承以外部压缩气体为气源,为此,设计了简单的轴承供气系统,为轴承工作提供润滑气体。4)为实验研究静压气体轴承的真空工作性能,设计了内部容积0.4m3的方形真空室。给出了真空室大小门、真空室抽气管路、轴承供排气管路、真空视窗和电气元件真空室接口的设计方法和具体安装位置,确定了真空室具体结构,并对真空室进行了可靠性分析。5)真空室抽气系统和轴承排气系统涉及仪器较多,为保证真空排气操作安全可靠进行,设计了基于继电器控制逻辑的真空室抽气系统和轴承排气系统电气控制柜。给出了继电器触点开闭控制的真空泵、真空阀门电气控制原理;并设置了分子泵无冷却报警和气动插板阀气源压力不足报警,对分子泵运行和插板阀通断进行基本的电气保护。6)基于静压气体轴承性能检测装置、真空室抽气系统、轴承供排气系统和真空室的具体结构与安装方式,给出了真空环境下静压气体轴承性能检测装置的整体结构图与真空静压气体轴承性能检测、泄漏量测量的实验研究方法,为装置装配完成后实验检测静压气体轴承在真空环境中的性能做好准备。通过本课题的研究,期望利用设计出的轴承性能检测装置实验研究静压气体轴承在真空工作压力下的性能,获得轴承参数和排气密封结构参数对轴承承载能力、刚度、气膜内气体压力分布和气体泄漏量的影响规律,为真空环境中应用静压气体轴承的优化设计提供一定的参考依据,为静压气体轴承的进一步发展提供技术支撑。
【关键词】：静压气体轴承 真空排气系统 真空室 性能检测
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-16
• 1 绪论16-26
• 1.1 课题研究背景与意义16
• 1.2 国内外研究现状16-24
• 1.2.1 气体润滑技术的发展16-17
• 1.2.2 静压气体轴承理论计算模型研究17-18
• 1.2.3 静压气体轴承特性研究18-19
• 1.2.4 非连续流体理论分析方法研究19-21
• 1.2.5 真空环境下静压气体轴承密封排气系统研究21-22
• 1.2.6 真空环境下静压气体轴承性能计算与特性研究22
• 1.2.7 静压气体轴承性能检测装置设计研究22-23
• 1.2.8 真空系统设计研究23-24
• 1.3 本文主要研究内容24-26
• 2 真空环境下静压气体轴承性能分析数学模型26-36
• 2.1 真空系统中气体流态和管道流导26-32
• 2.1.1 气体流态划分26
• 2.1.2 气体流态判别26-28
• 2.1.3 管道流导计算28-32
• 2.2 真空环境下静压气体轴承性能分析数学模型32-35
• 2.2.1 真空环境下静压气体轴承结构32-33
• 2.2.2 真空环境下静压气体轴承特性计算33-35
• 2.3 本章小结35-36
• 3 真空环境下静压气体轴承性能检测装置设计36-52
• 3.1 真空材料的选型原则36-37
• 3.2 检测装置整体结构37-38
• 3.3 载荷施加单元38-41
• 3.3.1 载荷施加单元结构设计38-40
• 3.3.2 载荷施加单元中顶板受力分析40-41
• 3.4 轴承性能测量单元41-45
• 3.4.1 载荷测量单元41-42
• 3.4.2 气膜厚度测量单元42-43
• 3.4.3 气体压力测量单元43-45
• 3.5 单轴直线运动定位平台45-51
• 3.5.1 平台结构设计45-46
• 3.5.2 导轨和滚珠丝杠选型46-47
• 3.5.3 步进电机选型47-49
• 3.5.4 止推板和平台受力分析49-51
• 3.6 本章小结51-52
• 4 真空室抽气系统与轴承供排气系统设计52-62
• 4.1 真空系统组建方法52-53
• 4.2 真空室抽气系统设计53-59
• 4.3 轴承排气系统设计59-61
• 4.4 轴承供气系统设计61
• 4.5 本章小结61-62
• 5 真空室与电气控制柜设计62-73
• 5.1 真空室结构设计62-68
• 5.1.1 真空室壳体设计62-63
• 5.1.2 真空室接口设计63-68
• 5.2 真空室受力分析68-69
• 5.3 电气控制柜设计69-72
• 5.3.1 真空系统电气控制原理69-72
• 5.3.2 真空系统电气控制柜设计72
• 5.4 本章小结72-73
• 6 整体装置73-76
• 6.1 整体装置结构73-74
• 6.2 整体装置运行流程74-75
• 6.3 本章小结75-76
• 7 总结与展望76-78
• 7.1 总结76-77
• 7.2 展望77-78
• 参考文献78-83
• 附录83-85
• 作者简历85

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本文编号：554112