精密气浮支承的承载特性分析与仿真

论文摘要

现代生产对精度的追求极大地推动了测试、光机电一体化和精密加工等技术的发展。精密气浮转台作为大口径非球面回转测量的主要执行机构,其优点是高精度、低摩擦、无污染。平面空气静压止推轴承作为主要的支承部件承担着整个气浮转台及其相关设备的重量,因而提高空气静压轴承的承载能力,就成了气体静压润滑理论研究和空气静压轴承设计的重要内容。对用于精密回转测量的双轴气浮转台中气体静压润滑止推轴承进行研究,基于气体静压润滑理论和计算流体力学,建立静压止推轴承间隙流体仿真的控制方程,采用有限体积法中的二阶迎风格式离散。建立几何结构和网格模型,进行入口压力、出口压力和壁面等边界条件设置,运用FLUENT软件从优化轴承结构角度进行仿真模拟。计算结果表明,在单一圆形气腔结构中：供气孔分布圆半径在55mm附近时气体消耗量最少,65mm附近时静承载力最大,单位载荷气体消耗率最低；对于单排供气来说,30。均匀排列形式具有最大的静承载力,60。非均匀排列形式的气体消耗量和单位载荷气体消耗率最小。在单一均压槽结构中：对于双排供气,交错分布优于顺序分布；小于22μm气膜条件下,双排均压槽的静承载力和静刚度大于单排均压槽,单排均压槽的单位载荷气体消耗率要小；对于提高静压轴承承载能力,开设双排连接型均压槽较优。通过对仿真模拟结果进行分析,在保证测试系统稳定的基础上,提出了静承载力和静刚度最大值时静压气浮轴承的结构形式,满足精密测量技术对双轴气浮转台的承载要求,对工程实践中静压止推轴承设计仿真工作有指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 气体润滑轴承国内外研究现状及成果
• 1.2.1 国外的研究发展及成果
• 1.2.2 国内的研究发展及成果
• 1.3 本研究课题的来源及主要研究内容
• 第2章 空气静压止推轴承的理论基础
• 2.1 概述
• 2.1.1 空气静压轴承节流器形式
• 2.1.2 空气静压轴承设计参数
• 2.1.3 孔式空气静压轴承工作原理
• 2.2 气体静压止推轴承的基本控制方程
• 2.3 基于有限体积法的控制方程离散
• 2.3.1 控制方程的离散
• 2.3.2 常见离散形式的性能对比
• 2.3.3 二阶迎风格式离散化
• 2.4 基于非结构网格的SIMPLE算法
• 2.4.1 压力、速度修正方程的建立
• 2.4.2 非结构网格上SIMPLE算法的计算步骤
• 2.4.3 加快迭代收敛过程的欠松弛应用
• 2.5 边界条件
• 2.5.1 速度边界条件
• 2.5.2 压力边界条件
• 2.5.3 流量边界条件
• 2.5.4 对称边界条件
• 2.6 本章小结
• 第3章 气腔结构静压止推轴承数值模拟
• 3.1 FLUENT概述
• 3.2 静压气浮流场网格生成和边界条件
• 3.3 控制参数及迭代
• 3.4 气腔结构静压轴承主要参数的设计
• 3.4.1 “表压比”法确定节流出口压力和供气压力
• 3.4.2 确定轮廓尺寸
• 3.4.3 确定供气孔数目
• 3.4.4 确定供气孔分布圆半径
• 3.4.5 确定供气孔直径和气膜厚度
• 3.4.6 确定气腔直径和气腔深度
• 3.5 供气孔分布圆半径对气膜流场的影响机理分析
• 3.6 供气孔排列形式对气膜流场的影响机理分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 均压槽结构静压止推轴承数值模拟
• 4.1 周向均压槽排数对气膜流场的影响机理
• 4.2 供气孔在槽中分布对气膜流场的影响机理
• 4.3 径向均压槽对气膜流场的影响机理
• 4.4 双排连接型均压槽对气膜流场的影响机理
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢