超精密气体静压运动副能效测量方法研究

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针对气体静压润滑技术中的能量利用效率与能效评估长期没有得到解决的问题,以三坐标测量机用精密节流器为例,建立了气体静压节流器能效评估理论模型,设计了相应的能效试验分析方法。主要工作如下:(1)研究了一种基于气浮功-压缩空气压缩能的气体静压节流系统能效测量方法。从气体状态出发,在气动功率的基础上引入压缩因子等建立流入节流器的压缩空气压缩能模型;依据气膜场的压力、承载力建立节流器的气浮功模型;以气浮功与压缩空气压缩能之比作为能效评价因子,建立节流器的能效评估模型。(2)在MATLAB软件中运用有限差分数值分析方法对节流器的能效进行数值分析。给出了能效数值计算求解方法及步骤,以双U型气体静压节流器为例,进行了节流器的压力分布、承载力、气膜刚度、能效的计算,对计算结果做了能效分析,结果表明:在同一进气压强下,节流器的能效与进气流量、气膜厚度的变化趋势相反,与节流器承载力的变化趋势相同。(3)进行了能效测量装置和测试方法的设计。测量装置中包括节流器承载力调节装置、S型力传感器、电感测微仪、进气压力调节装置、进气压力传感器、进气温度传感器、流量计及气体静压节流器;测试方法是在进气压强分别为0.3MPa、0.4MPa、0.45MPa、0.5MPa;节流器分别为双U型A型、双环型、双U型B型;进气管路内径分别为2mm、4mm、6mm条件下的多参数试验。(4)通过对双U型A型、双U型B型、双环型三种节流器进行多参数能效测试。结果表明:节流器的能效与供气压强、进气流量呈负相关、与承载力呈正相关;当其他条件相同时,节流器的能效与工作面积在一定范围内呈正相关关系。三种节流器均在进气管路内径为2mm、进气压强为0.3MPa时获得最佳能效;其中,工作面积最大的双U型A型节流器能效最大可达18%。
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