1 电子科技大学 机械与电气工程学院, 四川 成都 611731
2 中国工程物理研究院 机械制造工艺研究所, 四川 绵阳 621000
为了揭示气体静压轴承微振动的产生要素, 从微观流场角度出发通过计算流体动力学(CFD)对气膜流场进行三维数值大涡模拟(LES)与分析。首先, 设计不同单一变量从而相对气容不同的五组仿真实验组, 通过仿真研究内部气容对微观流场的影响。接着, 通过观察不同结构的仿真结果, 从各种参数中找出可能引发微振动的激励振源。最后, 采用不同压力的供气进行仿真说明内部压强对内部流场的影响。计算结果表明, 当相对气容约在1%时, 一定的内部气容就会明显导致气体静压轴承微振动; 均压腔附近的压力波动是诱发微振动的激励振源; 内部压强的高低则与振动幅度有着一定的联系。总之, 气体静压轴承的微振动与微观流场的变化有着直接的联系, 而流场转捩产生的涡旋是其主要原因。
气体静压轴承 微振动 大涡模拟 相对气容 激励振源 aerostatic bearing nano-vibration large eddy simulation relative gas capacity excitation source
为了分析可变截面节流器对空气静压轴承性能的影响，提出了变截面节流器的空气静压轴承模型，通过轴承承载表面弹性薄板的挠度变形实现节流器截面形状的动态变化。建立固体薄板变形和气体润滑的耦合偏微分方程，采用有限差分法和超松弛迭代法对耦合方程进行离散和数值求解。计算结果表明: 节流器的截面形状直接决定了数值计算过程中喷嘴系数的大小，与刚性节流器的空气静压轴承相比，变截面节流器的空气静压轴承刚度提高了15%,在较高承载力的情况下能够获得更大的刚度。实验测试结果和理论分析基本一致,变截面节流器的设计方法能够有效提高空气静压轴承的静特性。
空气静压轴承 小孔节流 承载特性 气固耦合 刚度 aerostatic bearing orifice bearing characteristcs aero-structure interaction stiffness 光学 精密工程
2018, 26(10): 2446
中国工程物理研究院总体工程研究所, 四川 绵阳 621900
为了讨论小孔节流空气静压支承轴承的节流器尺寸, 气膜厚度与供气压等轴承参数对轴承力学性能的影响。针对圆柱腔小孔节流静压支承止推轴承, 首先进行了轴承间隙流场的数值仿真与分析, 其中以小孔尺寸, 气腔尺寸, 供气压及气膜厚为设计变量, 利用正交实验设计的基本原理构造正交表, 通过对轴承间隙流场的数值计算进行采样以获取轴承的承载力与刚度; 其次在设计变量范围内基于径向基神经网络模型建立承载力与刚度的分析数学模型, 在该分析模型中全面考虑了各轴承参数的作用, 同时考虑了轴承间隙的流场结构对力学性能的影响, 得到的模型经过拟合校验以证明具有足够的精度; 最后基于该分析模型讨论了小孔与气腔尺寸对轴承承载力与刚度的影响, 为工程设计提供了参考。
静压支承轴承 力学性能 正交实验设计 径向基神经网络模型 aerostatic bearing mechanical performance orthogonal experimental design radial basis functions model
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所, 江苏 苏州 215163
由于空气静压轴承工作过程中的微振动制约了它在超精密设备中的应用, 本文对空气静压轴承的动态特性进行了实验分析, 并提出用带均压槽的结构设计来解决上述问题。运用有限元软件对空气静压轴承进行仿真, 得到了空气静压轴承的各项性能参数。分析了微振动产生的原因并提出在空气静压轴承工作表面增加均压槽来有效抑制空气静压轴承的微振动的方法。通过实验对提出方法进行了验证, 结果显示计算结果与实验具有较好的一致性。 实验表明通过增加均压槽的方式可以将轴承微振动降低80%, 有效地提高了空气轴承的稳定性和运行精度。本研究为抑制空气轴承微振动和提高整个机床设备精度做出了有益探索。
空气静压轴承 均压槽 微振动 aerostatic bearing equalizing groove small vibration 光学 精密工程
2014, 22(12): 3354
北京理工大学光电学院,精密光电测试仪测试及技术北京市重点实验室，北京 100081
为实现光学和机械测量中对大型被测件位姿的一维高精度测量和调整，发明研制了基于空气静压轴承技术的高精度大承载一维调整装置，并对该一维调整系统的调倾性能进行测定和研究。阐述了基于空气静压轴承技术的调倾工作台的构成及工作原理。利用三维空间坐标变换得到调倾操作的数学模型，并由此得出了驱动器位移与倾斜角度间的关系。采用光电自准直仪构建测量系统，得出基于空气静压轴承技术的大范围高精度工作台倾斜调整的分辨力。分析了测量系统的误差，给出调倾装置的性能评价。实验结果表明：在50 kg负载下，调倾操作的分辨力为1.2″，倾斜调整范围±1°。发明研制的系统满足光学和机械测量中对调整工作台的高精度、高分辨力、大调整范围、无摩擦、易驱动和高承载刚度等要求。
测量 精密一维位姿调整 气体静压轴承技术 工作台 光学学报
2014, 34(s1): s112007
哈尔滨工业大学 机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001
提出了一种新的径推一体式静压主轴支撑方式来优化机床主轴系统性能，以满足超精密飞切机床对气体静压轴承高刚度的要求。采用计算流体力学和有限体积法对气体静压轴承气膜内部的流场与压力场进行仿真，并研究其静态特性。为提高计算精度，完成了轴承宏观尺寸与气膜厚度相差几个数量级时气膜厚度方向2 μm间距的网格划分。仿真结果表明，在偏心状态下由于气膜压力的变化使节流孔气体流速在1 ~200 m/s内变化，机床所采用径推一体式轴承静态刚度达到3 508 N/μm。研究表明，通过增大轴承的供气压强和减小节流孔的直径可改善轴承的静态性能进而提升机床性能。
空气静压轴承 径推一体轴承 承载力 轴承刚度 超精密机床 计算流体力学 aerostatic bearing radial-thrust bearing loading capacity bearing stiffness ultra-precision machine tool computational fluid dynamics
1 重庆大学 生物工程学院，重庆 400044
2 兵器工业5011区域计量站,重庆 400050
为了对高速运动测量装置进行校准，研制了一种闭环控制的高速运动测量机，该测量机可根据需要设定运动参数，按照正弦波和三角波速度曲线进行高速运动。高速运动测量机采用了花岗岩工作台和空气静压导轨技术，其高速驱动控制系统采用直线电机和PMAC运动控制卡，并以反射式钢带光栅作为位移检测和反馈控制传感器。采用铷原子钟作为控制数据采集的时间基准，通过精密时间间隔发生器同步控制基于现场可编程门阵列(FPGA)的高速数据采集系统，实现对位移的高速数据采集。试验表明，采用正弦波和三角波速度曲线进行高速运动时，高速运动测量机在300 mm行程的速度已分别达到5.3 m/s和7.6 m/s，最大位移跟随误差分别为-1.56~1.01 mm和-1.41~2.23 mm。该测量机可用于高速运动装置的校准测量。
高速运动 测量机 直线电机 空气静压轴承 铷原子钟 high-speed movement measuring machine linear motor aerostatic bearing rubidium atomic clock
