并行多微通道气体静压止推轴承承载特性研究

【摘要】由于气体静压轴承具有运动精度高,经久耐用,对环境没有污染等特点,所以得到了广泛应用。但随着精密、超精密技术的发展,对气体静压轴承的刚度和稳定性有着更高的要求,而气体静压轴承的刚度与稳定性是一对矛盾,目前的技术水平还难以将二者兼顾,那么在保证气体静压轴承稳定的条件下,气膜刚度最大化是研究气体静压轴承的重点和难点。本文首先对国内外气体静压技术发展水平以及轴承采用的节流技术发展状况给予分析,针对刚度低、承载力不足设计了并行多微通道气体静压止推轴承,目的是提高气体静压止推轴承的静态刚度、承载力,以及轴承稳定性,采取了理论分析、仿真计算和实验验证三位一体的研究方法对并行多微通道气体静压止推轴承稳定性和静动态特性加以研究,为气体静压止推轴承的优化设计以及在大型机床和超精密工作平台的实际应用奠定理论基础。建立了并行多微通道气体静压止推轴承的静态特性及动态特性数学模型。在静态数学模型基础上,推导了气体静压止推轴承的静特性参数,建立了节流系统的气阻数学模型,利用气阻势流等效网络分析法对并行多微通道气体静压止推轴承节流系统气阻进行分析,确定了节流系统气阻以及气膜气阻对气体静压止推轴承静特性产生的影响因素。在动态数学模型基础上,利用小参数摄动理论推导了并行多微通道气体静压止推轴承的动态刚度和动态阻尼表达式,给出了气体静压轴承气膜动刚度、动阻尼的计算方法,对气膜压力系统进行合理的线性化和方程组的简化,分析了并行多微通道气体静压止推轴承动刚度和动阻尼的变化规律和影响因素。利用FLUENT软件对并行多微通道气体静压止推轴承静特性和动特性仿真计算。静特性仿真计算可直观看到气体在并行多微通道气体静压止推轴承的节流通道中流动特点和气膜流场内的压力分布,以及作用在轴承上的压力变化趋势,并绘制了静态特性曲线,得到了气膜入口区域的流场特性和压力回升区域流场特性,当小气膜间隙时的气流速度特性,压力陡降后的压力回升的具体因素；当大气膜间隙时压力陡降后的压力回升具体因素,压力回升过程中是否有激波产生并分析其原因,仿真计算结果表明,高压区使气体静压轴承具有高负载能力,供气压力增加,载荷和气体流速增加。分析影响并行多微通道气体静压止推轴承刚度提高的因素,为开发高压气浮止推轴承奠定理论基础。研究并行多微通道气体静压止推轴承动态特性时,仿真计算了不同供气压力下轴承的干扰频率对气膜系统的动刚度和动阻尼的影响,得到了供气压力和扰动频率对气体轴承动态特性的影响,并对并行多微通道气体静压止推轴承的稳定性进行了分析。设计了并行多微通道气体静压止推轴承实验台,该实验台能够满足S型力传感器、电感测微测头、微型压力传感器和直线位移传感器同时工作,该实验台的加载机构采用了弹簧加载原理,实现了加载的连续性和稳定性,设计了并行多微通道气体静压止推轴承静态性能的实验测量方案,同时根据测量系统的要求编写了测量气膜厚度和刚度的软件,该软件实现了同步采集串口传输的电感传感器测量值和数据采集卡采集的载荷值以及实测点数值与计算的气膜刚度值,使得测量数据可储存,图像实时可视化,实现了这些数据直观的显示并且可以输出打印出来。最后通过实验得到实测值,并将静态实验、理论分析以及仿真计算进行对比分析,表明了研究中所设计的物理模型以及在此基础上所取得的研究成果的可信性。本文研究所取得的成果丰富和发展了气体润滑理论,在实际应用上,为气体静压止推轴承在设计方面拓宽了设计思路,提供了一套较为完善合理有效的方法。
【作者】马武学；
【导师】李东升；
【作者基本信息】东北林业大学，机械设计及理论，2013，博士
【关键词】气体静压止推轴承；并行多微通道；复合节流；高刚度；稳定性；

【参考文献】
[1]李戟.数据仓库技术在部队兵员管理系统中的研究与实施[D].重庆大学,2005.
[2]郑翔.修饰的芳香二羧酸配体构筑的配位聚合物的合成、结构及性质研究[D].东北师范大学,无机化学,2012,硕士.
[3]李想.UPnP和ZigBee混合网络在智能家庭网络中的应用[D].西北师范大学,软件工程,2013,硕士.
[4]郑新华谢利理刘丽卓杨亮璞.负压活门特性[J].中国机械工程,2014,22:.
[5]汤娟娟.中国共产党民族复兴思想研究[D].安徽大学,马克思主义基本原理,2014,硕士.
[6]李冬琳.低红外发射率橡胶材料的制备及性能研究[D].中北大学,材料学,2014,硕士.
[7]王世龙.桦菌芝多糖对H22小鼠瘤组织中Bax、Bcl-2的影响[D].黑龙江中医药大学,中西医结合基础,2013,硕士.
[8]卢刚.田径课程教学及“结构—定向”模式研究[D].江西师范大学,2002.
[9]王丹毅.慈宁宫木结构的研究与保护[D].中国艺术研究院,美术学,2012,硕士.
[10]郑晓辉.DE公司供应商质量管理改进方案研究[D].大连理工大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[11]本报记者王洋.新材料公司雄起指日可待[N].中华工商时报,2014-01-17B03.
[12]黄永建.四川日报报业集团全媒体战略研究[D].电子科技大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[13]林存敬.静态评价视角下幼儿数学文本读物现状的研究[D].沈阳师范大学,学前教育学,2013,硕士.
[14]张斌.煤质管理系统设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[15]汤隆慧.基于跨领域的迁移学习算法研究[D].湖南大学,信息与通信工程,2011,硕士.
[16]韦磊.十年探索时期毛泽东经济建设两种平衡思想研究[D].安徽师范大学,中共党史,2004,硕士.
[17]王威.缝纫加工业务信息管理系统的设计与实现[D].大连理工大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[18]沈德耀,吴敏.工厂电力负荷两级计算机递阶控制[J].冶金自动化,1990,05:27-31.
[19]曹庆生.扛板归对大鼠肝纤维化的作用及机制研究[D].桂林医学院,病理学与病理生理学,2012,硕士.
[20]冯俊.五至八年级学生性发育体验与自尊的关系[D].沈阳师范大学,发展与教育心理学,2013,硕士.
[21]NGAKOSSONZAKAMOLONGAEVANGLET（杜可）.WCDMA和GSM的网间切换算法研究[D].吉林大学,通信与信息系统,2012,硕士.
[22]林智慧.电脑皮革切割机控制系统的研发[D].浙江理工大学,机械电子工程,2013,硕士.
[23]余剑锋.公交线路设计及公交出行路线查询技术研究[D].湖南大学,软件工程,2011,硕士.
[24]徐晓萍.Hilbert空间中线性系统的若干问题[D].大连理工大学,2009.
[25]唐珂.基于多层深度图的软阴影生成算法[D].山东大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[26]易维.湖南出版集团经营战略研究[D].中南大学,工商管理,2004,硕士.
[27]陈志清.马克思恩格斯生态文明思想及其中国化实践探析[D].中共广东省委党校,马克思主义中国化研究,2013,硕士.
[28]王润.上市公司环境信息披露与企业价值相关性研究[D].北京交通大学,2013.
[29]李宁.大黄对胃造口+盲肠切除术后大鼠的肠粘膜屏障保护作用的实验研究[D].山西医科大学,普外科,2013,硕士.
[30]连攀.超空间诱导系统动力学性质的遗传与刻画[D].哈尔滨工业大学,基础数学,2013,硕士.
[31]周力行,李卫国.利用辐射UHF信号反演局部放电脉冲电流[J].电力系统自动化,2006,08:75-79.
[32]齐拥军.邮政人力资源管理系统设计与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[33]熊群英.居住小区物业管理顾客满意度评价体系研究[D].西安建筑科技大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[34]田静.切削加工与钢管热膨胀效应仿真[D].兰州理工大学,材料加工工程,2013,硕士.
[35]刘新芳.三正辛胺—仲辛醇—煤油组合液膜迁移和分离Cd（Ⅱ）的研究[D].湖南师范大学,应用化学,2004,硕士.
[36]王丽.我国货币政策股票价格传导机制的实证研究[D].天津财经大学,金融学,2012,硕士.
[37]郭子裕.统计信息自动化系统模式探讨[J].统计与决策,2003,12:43-44.
[38]郭雅丽.基于正交频分复用技术的无源光网络升级及色散补偿研究[D].浙江大学,光学工程（专业学位）,2014,硕士.
[39]李鹏.基于商密二维码和数字水印的防伪图码的研究与设计[D].吉林大学,网络与信息安全,2013,硕士.
[40]方树凤.无线互联网端到端业务质量研究[D].北京邮电大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[41]夏广洁,宋萍,邱宇平.牛粪源和木源生物炭对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附机理研究[J].农业环境科学学报,2014,03:569-575.
[42]张东立.秦皇岛市社区体育设施现状与利用的调查研究[D].河北师范大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[43]李存华,潘祝山.聚类分析技术与基因数据知识发现[J].淮海工学院学报(自然科学版),2002,03:20-23.
[44]徐思雅.服务创新能力对企业绩效的影响：商业模式新颖性设计的调节作用[D].浙江大学,企业管理,2014,硕士.
[45]朱爽.基于ZigBee网络的混合路由能量优化算法研究[D].吉林大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[46]蔡玲.幼儿园女教师产后返岗适应状况研究[D].湖南师范大学,学前教育学,2014,硕士.
[47]高安礼.拟南芥钙信号系统调控低磷胁迫反应的分子机制[D].河南大学,植物学,2014,博士.
[48]MUKHIJAPankaj,KARIndraNarayan,BHATTRajendraKumarPurushottam.变时滞不确定Lurie系统的时滞分布依赖鲁棒稳定性分析(英文)[J].自动化学报,2012,07:1100-1106.
[49]刘丹东.从地缘政治角度看俄白联盟关系[D].上海外国语大学,俄语语言文学,2013,硕士.
[50]黄慧君.中韩汉语教师协同教学模式存在的问题及对策[D].广西师范大学,汉语国际教育,2013,硕士.