气体挤压膜悬浮平台的性能分析

论文摘要

气体挤压膜悬浮平台是利用压电陶瓷晶体沿法线方向的高频振动,使压电陶瓷晶体与被支承面之间的气体不断受到挤压,从而形成压力气膜,产生承载能力的支承元件。此平台具有摩擦小,无污染,产生热量小,运动精度高等优点,可用于精密仪器以及微电子加工行业。研究和分析该平台的可行性及使用性能具有很大的意义。本课题首先建立了平台的完全动态气膜数学模型,然后采用数值差分方法对模型进行化解,运用FORTRAN语言编程,得到气体挤压膜的压力分布、承载能力、刚度及阻尼等静、动态参数与压电陶瓷的尺寸半径、驱动频率、气膜初始膜厚等参数之间的相互关系[0]。在理论分析的基础上,论文还设计并制作完成了能够实现频率调节、性能测试功能的驱动电路;对压电晶体的振荡和频率进行了测试工作,并对平台的制作工艺进行了初步研究。分析结论表明,论文提出的气体挤压膜平台可以形成具有一定膜厚和压力的挤压气膜,并且在一个激励时间周期内,随着晶体半径和激励频率的增大,气膜的承载力、刚度系数及阻尼系数都在增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题研究的内容和方法
• 第二章 压电陶瓷振子
• 2.1 压电陶瓷材料和压电效应
• 2.1.1 压电效应
• 2.1.2 压电陶瓷材料
• 2.2 压电陶瓷振子的振动模式
• 2.3 压电陶瓷振子的选取
• 2.4 压电振子的制作和粘接
• 第三章 气体挤压膜悬浮平台的模型及其数值分析
• 3.1 气体挤压膜悬浮平台模型的建立
• 3.1.1 挤压作用
• 3.1.2 气体挤压膜悬浮平台模型
• 3.1.3 气体挤压膜基本方程
• 3.2 气体挤压膜 Reynolds 方程的求解
• 3.2.1 Reynolds 方程无量纲化
• 3.2.2 用微扰解法求解Reynolds 方程
• 3.2.3 Reynolds 方程的数值求解
• 3.2.4 挤压膜承载能力计算
• 3.3 计算结果及分析
• 3.3.1 挤压膜静、动态特性程序流程图
• 3.3.2 气体挤压膜的静特性分析
• 3.3.3 气体挤压膜的动特性分析
• 第四章 系统驱动电路的设计
• 4.1 系统驱动电路的硬件设计
• 4.1.1 核心单片机选型
• 4.1.2 信号发生电路设计
• 4.1.3 A/D 转换电路设计
• 4.1.4 通信电路设计
• 4.1.5 显示电路设计
• 4.1.6 电源电路设计
• 4.2 系统驱动电路软件设计
• 4.2.1 单片机程序设计
• 4.2.2 上位机采集软件设计
• 第五章 数据采集及处理
• 5.1 数据采集卡的选择
• 5.1.1 数采卡的选择参数
• 5.1.2 PCI-9114（A）HG 卡
• 5.2 在VB 下数据采集与处理的实现
• 5.2.1 VB 通过调用动态链接库，访问硬件l/O 端口
• 5.2.2 定时采集数据系统的实现
• 5.3 数据采集结果
• 5.3.1 采集界面
• 5.3.2 采集结果
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学习期间发表的论文