【摘 要】
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随着现代工业的进一步发展和产业的不断升级,对于精密及超精密加工的需求不断扩大,超精密装备在制造业中的地位越来越重要,作为超精密装备的关键部件之一,气体静压轴承因其摩擦小、运行精度高、无温升、无污染等优点在超精密装备领域得到广泛应用。然而,由于气体具有可压缩性,气体静压轴承的承载力较低、刚度较小,其应用与发展受到了限制,不断升级的产业需要高刚度的气体静压轴承。本文针对气体静压轴承存在的不足,设计了一
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（51575520）; 广州市科技计划重点项目（201804020040）
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随着现代工业的进一步发展和产业的不断升级,对于精密及超精密加工的需求不断扩大,超精密装备在制造业中的地位越来越重要,作为超精密装备的关键部件之一,气体静压轴承因其摩擦小、运行精度高、无温升、无污染等优点在超精密装备领域得到广泛应用。然而,由于气体具有可压缩性,气体静压轴承的承载力较低、刚度较小,其应用与发展受到了限制,不断升级的产业需要高刚度的气体静压轴承。本文针对气体静压轴承存在的不足,设计了一种微孔节流的高刚度气体静压轴承,通过优化轴承参数,进一步提高矩形气体静压轴承的性能。本文主要研究内容如下:（1）设计多微孔气体静压轴承,并对其进行理论分析。首先比较了不同节流方式的优缺点,采用微孔节流方式,设计了一款新型的多微孔气体静压轴承;然后结合多微孔气体静压轴承的工作原理,基于运动方程、状态方程、连续性方程,介绍了气体润滑雷诺方程的推导,以此作为多微孔气体静压轴承特性分析的理论基础。（2）对轴承静态特性仿真分析,优化轴承结构参数。利用FLUENT仿真对比了微孔节流与传统孔式节流气体静压轴承的静态特性的差异,结果表明微孔节流轴承承载力与小孔节流相当,刚度更高,微孔节流轴承的承载力和刚度都优于环面节流;通过仿真分析微孔孔径、数量、深度、微孔分布环直径等微孔参数对轴承静态特性的影响,优化并确定了各微孔参数,获得了较高的轴承静态刚度。（3）对多微孔气体静压轴承动态特性仿真分析。根据动态雷诺方程,建立了小扰动分析模型,基于FLUENT的动网格技术,编写UDF研究分析了微孔直径、微孔数量、微孔深度、微孔分布环直径等参数对多微孔气体静压轴承动态刚度和阻尼的影响规律。（4）对自研的多微孔气体静压轴承的静态特性与微振动进行实验研究。针对设计的多微孔节流器开发了专门的加工工艺,成功地研制了多微孔气体静压轴承;设计了专用实验平台对气体静压轴承的承载力、刚度、微振动等进行测试,验证了所研制的多微孔气体静压轴承具有较高的承载力和静态刚度。
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