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
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
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
