多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承關鍵技術(shù)研究.pdf

1、氣體靜壓軸承是精密、超精密設備中的重要部件之一，具有精度高、無摩擦、無污染等優(yōu)點。隨著精密、超精密技術(shù)的飛速發(fā)展，對氣體靜壓軸承的剛度、精度及穩(wěn)定性的要求也不斷地提高。與傳統(tǒng)的小孔節(jié)流相比，多孔質(zhì)節(jié)流具有高承載力、高剛度和高阻尼等優(yōu)點，且已經(jīng)受到國內(nèi)外學者的關注。其中，多孔質(zhì)材料滲透系數(shù)的測試方法及多孔質(zhì)氣體靜壓軸承性能的數(shù)值計算方法和測試方法是研究的難點。本文針對這一前沿課題展開研究工作，旨在探索多孔質(zhì)材料滲透系數(shù)的測試方法和研究多孔

2、質(zhì)氣體靜壓軸承靜態(tài)性能的數(shù)值計算和測試方法。主要內(nèi)容如下:
　　(1)本文在考慮氣體的可壓縮性和氣體在多孔質(zhì)材料中的流動存在慣性損失影響的前提下，建立各向同性多孔質(zhì)材料滲透系數(shù)的數(shù)學模型，提出了一種各向同性多孔質(zhì)石墨滲透系數(shù)的測試方法。設計了一套實驗裝置，測量不同供氣壓力下的體積流量，計算得到多孔質(zhì)石墨試件的滲透系數(shù)，并通過實驗驗證了該測試方法的可行性。
　　(2)本文從流體三維流動的基本控制方程出發(fā)，結(jié)合氣體靜壓軸承實際工

3、作情況，在一定的基本假設前提下，分別研究了全多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承和局部多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能的計算模型。
　　(3)本文應用基于有限體積法的FLUENT軟件，依次對全多孔質(zhì)節(jié)流和局部多孔質(zhì)節(jié)流氣體靜壓止推軸承進行了三維數(shù)值模擬計算，分析了軸承節(jié)流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)、多孔介質(zhì)的特性參數(shù)以及工況參數(shù)對軸承靜特性的影響，得出了相應的承載力、靜態(tài)剛度和氣體消耗量隨氣膜間隙變化的曲線，并提出了幾點關于這兩種不同節(jié)流形式氣體靜壓止推軸承設

4、計的建議。
　　(4)本文自行構(gòu)建了氣體靜壓止推軸承性能測試平臺，分別對全多孔質(zhì)石墨氣體靜壓止推軸承、局部多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承和小孔節(jié)流氣體靜壓止推軸承的靜態(tài)性能進行了測試研究，并與數(shù)值計算結(jié)果進行了對比分析。實驗結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果吻合較好，驗證了數(shù)值計算方法的準確性。當供氣壓力為0.5MPa，多孔質(zhì)材料其粘性滲透系數(shù)為7.877×10-15m2、厚度為10mm、直徑為45mm、氣膜間隙為3μm～5μm時，全多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸