气浮支承微孔阵列式节流器的性能研究

论文摘要

气浮支承由于其高精度、低摩擦等优点在精微加工、精密测量等领域得到了广泛应用，已经成为超精密运动机构最重要的基础元件之一。随着超精密运动机构定位精度由微米量级向纳米量级的提升，气浮支承内部气体流动引起的微幅振动问题已经成为阻碍超精密气浮运动机构继续发展的瓶颈。为减小气浮支承的微振动，保证超精密运动平台的定位精度，本文主要进行了以下研究工作：首先，在广泛阅读和深入总结国内外相关文献资料的基础上，应用气体润滑原理和气旋理论，根据国内目前可加工能力，设计了一种新型气浮支承节流器—微孔阵列式节流器，其目的在于保持气浮支承静态性能不变的情况下，减小其微振动；其次，利用FLUENT软件对装有微孔阵列式节流器和单孔节流器的气浮支承的气膜流场进行数值仿真，计算了不同类型节流器气浮支承在相同工作条件下的静态特性和微振动特性；最后，建立气浮支承实验测试平台，验证FLUENT仿真结果，引入LabVIEW虚拟仪器技术，设计气浮支承静载测试程序，结合NI硬件测试系统，获得气浮支承的静承载力和静刚度，并使用LMS测试系统测量了气浮支承的微振动特性。研究结果表明，在保证微孔阵列式节流器的气体入口面积与传统单孔节流器的气体入口面积相同的情况下，当工作条件相同时，与传统单孔节流器相比，微孔阵列式节流器不但能够保持气浮支承的静承载力和静刚度基本不变（误差不超过10%），而且能够有效减小气浮支承的微振动（降低幅度达50%）。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 课题的来源、目的及意义
• 1.2 气浮支承技术的研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 2. 气浮支承微孔阵列式节流器的研究模型
• 2.1 气浮支承工作原理
• 2.2 气浮支承基本方程式
• 2.3 气浮支承微孔阵列式节流器的研究模型
• 2.4 本章小结
• 3. 气浮支承微孔阵列式节流器的性能仿真
• 3.1 FLUENT 仿真流程
• 3.2 仿真结果分析
• 3.3 本章小结
• 4. 气浮支承微孔阵列式节流器的实验研究
• 4.1 实验平台的搭建
• 4.2 气浮支承静态测试程序的开发
• 4.3 气浮支承微孔阵列式节流器静态特性的实验研究
• 4.4 气浮支承微孔阵列式节流器微振动特性的实验研究
• 4.5 本章小结
• 5 全文总结
• 5.1 研究总结
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录