圆形气浮垫结构优化、性能分析及工艺研究

论文摘要

气体润滑具有清洁、无污染,适用于多种工况等优点,广泛应用于航空、航天、精密仪器设备制造等领域。含有弹性均压槽的气浮垫,通过弹性薄板的变形来改变承载截面面积,可以显著提高气浮垫的刚度及其工作时的稳定性,因此具有广泛的应用前景。本文在课题组前期研究的基础上,设计出一款新型的含有弹性均压槽的常压式圆形气垫。常压式圆形气浮垫具有独特的工作原理,使气浮垫在工作的时候,弹性薄板变形-直处于内凹状态,避免了弹性均压槽内凹外凸反复变换,使弹性薄板和滑块本体之间粘接的位置处产生松动甚至脱落的现象,最终导致气体轴承失去工作能力。对常压式气浮垫的理论分析是通过matlab软件编程来实现的。首先,在极坐标系下生成网格；其次,对气体润滑控制方程和弹性薄板变形控制方程进行简化,设定相应的边界条件,并按照有限差分原理进行离散；再次,通过弹性薄板的变形量进行气-固耦合；最后,仿真出气膜压力的分布情况和薄板弹性变形量的大小由于实验室前期所研究的弹性气浮垫在气膜间隙达到10um以后,其承载能力就下降得很快,几乎丧失了工作能力,所以对常压式气浮垫的仿真是从气膜间隙为10um开始的,观察仿真结果发现,在相同的气膜间隙下,常压式气浮垫的承载能力有了显著的提高。最后,社了解了现有试验台的工作原理之后,制定出了对常压式气浮垫承载能力进行实验研究时的具体的试验步骤；在用传感器测量气膜间隙的时候,采集到了大量的实验数据,并对这些数据进行了数据处理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 综述
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外的发展状况
• 1.2.2 国内的发展状况
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.4 本章小结
• 2 圆形常压式弹性气浮垫的结构原理和数学模型
• 2.1 气浮垫的工作原理
• 2.2 弹性均压槽的加工及其工作原理
• 2.3 圆形常压式弹性气浮垫的结构原理
• 2.4 圆形常压式弹性气浮垫的数学模型
• 2.4.1 基本假设
• 2.4.2 雷诺方程式的推导
• 2.4.3 控制方程的推导
• 2.4.4 边界条件
• 2.5 气浮垫承载力和刚度的计算
• 2.6 弹性薄板变形的控制方程
• 2.6.1 基本假设
• 2.6.2 控制方程的推导
• 2.7 本章小结
• 3 圆形常压式弹性气浮垫的性能仿真研究
• 3.1 数值计算方法的选择
• 3.2 弹性薄膜板控制方程的数值分析
• 3.2.1 弹性薄板变形控制方程的离散化处理
• 3.2.2 弹性薄板控制方程边界条件的处理
• 3.2.3 弹性薄板变形控制方程的分析
• 3.3 气体润滑控制方程的数值分析
• 3.3.1 气体润滑控制方程的离散及边界条件的处理
• 3.3.2 气体润滑控制方程的数值分析步骤
• 3.4 弹性薄板变形方程和气体润滑方程的耦合
• 3.5 计算实例（一）
• 3.5.1 仿真模型的建立
• 3.5.2 仿真结果与分析
• 3.6 计算实例（二）
• 3.6.1 计算模型的基本参数
• 3.6.2 计算结果与分析
• 3.7 本章小结
• 4 常压式气浮垫的加工
• 4.1 研抛设备加载方式的比较
• 4.2 研磨液的组成与选择
• 4.3 研磨盘的选择与修复
• 4.4 研磨抛光盘的检测
• 4.4.1 平面度误差的测量
• 4.4.2 圆（环）形布点方式
• 4.4.3 研磨盘平面度误差的测量
• 4.4.4 最小二乘法评定研磨盘的平面度误差
• 4.5 常压式气浮垫的加工过程
• 4.5.1 气浮垫研磨抛光的加工工艺路线
• 4.5.2 气浮垫与工件盘的粘结技术
• 4.6 气浮垫的清洗技术
• 4.7 划痕产生的原因、影响及预防措施
• 4.7.1 气浮垫研磨表面划痕产生的理论模型
• 4.7.2 划痕的影响以及预防措施
• 4.8 本章小结
• 5 常压式气浮垫的实验研究
• 5.1 试验原理与试验装置
• 5.1.1 试验台的结构和工作原理
• 5.1.2 试验台的调平与标定
• 5.2 试验方法与数据处理
• 5.2.1 试验方法
• 5.2.2 数据处理
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 本课题工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢