论文摘要
气体静压轴承具有运转平滑、精度高、寿命长、无污染、小温升等优点,从而广泛应用于高速、轻载、精密和超精密加工等场合。但是气体轴承的承载能力和刚度较低,限制其推广应用。目前,提高气体静压轴承的刚度和承载能力可以通过增大供气压力、增加节流孔数目等方法实现。但是,这些方法都有其自身的缺点。本文采用开设均压槽的方法来增加气体轴承的刚度和承载能力。均压槽对提高气体轴承的刚度和承载能力有很重要的作用:一方面,均压槽能使槽中的压力均化,有效地抑制了远离节流孔地方的压力衰减;另一方面,在气体轴承表面开出均压槽能加强气体轴承的表面节流效应,提高气体轴承的刚度和承载能力。本文在分析比较国内外各种提高气体轴承刚度和承载能力的基础上,以轴颈气体轴承和止推气体轴承为例,深入的分析均压槽与气体轴承承载特性的关系,具体要做以下工作:首先,以雷诺方程的稳态无因次形式为基础,应用加权余量法,把二阶偏微分方程降阶为一阶偏微分方程,放松其对插值函数连续度的要求;然后,采用有限单元法对气膜划分直角单元网格,列写气膜压力插值函数,对偏微分方程进行插值变换并导出压力方程组。在推导出静压气体轴承稳态数学模型的基础上,利用MATLAB软件对压力方程组进行编程求解计算。该计算程序能计算开或不开均压槽、不同长度均压槽、不同方向均压槽的气体轴承的刚度和承载能力。对轴颈气体轴承的计算结果进行分析,分析均压槽对气体轴承的承载特性的影响。并根据实际应用的需要,分别讨论开设一条、两条、三条、四条均压槽的不同情况下均压槽与轴承承载特性的关系。对止推气体轴承的计算结果进行分析,分析不同均压槽结构形式与轴承承载特性的关系。并分析不同均压槽开设方向对气体轴承承载特性的影响。对有限元分析计算结果进行实验验证。验证有限元分析计算软件包的正确性以及均压槽对提高静压气体轴承的刚度和承载能力的作用。本课题的研究对进一步完善静压气体轴承理论具有一定的理论价值;对发展我国的高刚度、大功率静压气体轴承具有重要的意义。